KR101670897B1 - 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동단말용 압전소자 진동장치로서, 디스크형 전극판(2)의 양측면중 적어도 하나에 압전소자판(4)을 일체로 형성하고 디스크형 전극판(2)의 외주를 지지하는 탄성재질 환형브라켓(6)을 함께 구비한 압전진동체(8)를 구성하여서 캔타입 케이스(14)에 실장되게 하며, 디스크형 전극판(2)의 심부에는 원추뿌리형 웨이트(10)를 고정하되 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)을 연결 매개로 디스크형 전극판(2)에 면 고정되게 구성한 것으로, 2㎳ 이하의 빠른 응답시간으로 진동 작동할 수 있고 또 300Hz 주파수 이하 범위내에서의 주파수대역별 조절로 진동의 크기와 속도를 세밀하게 조절할 수 있어 햅틱기술 구현에 적용가능하다.

Description

이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치{VIBRATION APPARATUS EMPLOYING CAN TYPE PIEZO ELECTRIC ELEMENT FOR MOBILE TERMINAL}

본 발명은 이동단말용 진동장치에 관한 것으로, 특히 압전효과에 의해 이동단말이 요구하는 선형 진동을 발생할 수 있는 이동단말용 압전소자 진동장치의 개량에 관한 것이다.

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

특히 앞으로는 컴퓨팅 장치의 출력수단으로서 모니터, 스피커와 더불어 햅틱 디바이스도 기본 장착되어질 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 구체적이며 초보적인 사례로서 이동단말에 채용되는 진동수단이 있으며, 기존 이동단말에서 출력되는 소리와 영상에 진동을 덧입혀서 입체적으로 느끼게 해준다.

이동단말에 설치되는 진동수단의 일 예로 국내등록특허 제10-793682호, "초소형 선형 진동모터('선행문헌1'이라 함)"가 개시되어 있으며, 다른 예로서는 압전소자를 이용해 이동단말용 진동수단을 구현한 것으로 국내 등록특허 제10-1366213호 "이동단말용 압전소자 진동장치"('선행문헌2'라 함)가 있다.

선행문헌1에 개시된 진동모터의 경우는 외관이 손톱크기만한 코인(coin)형태로서 이동 행정거리가 짧고 기존의 편심 회전형 진동모터에 비해 시작과 정지시에 빠른 진동 응답특성을 가지며, 요즈음의 휴대폰이나 스마트폰에 많이 탑재된 형태중 하나이다.

그리고 선행문헌2에 개시된 압전소자를 이용한 진동장치의 경우는 선행문헌1에서 기술된 코인타입의 진동모터보다 더 얇은 본체 두께를 가지므로 이동단말의 슬림화 추세에 부응할 수 있는 이점이 있으며, 진동 응답특성이 선행문헌1보다 수십배 이상 빠르며 소리와 영상에 동기화시키는 동시감 구현에 훨씬 유리하다.

그런데 선행문헌2와 같은 종래의 이동단말용 압전소자 진동장치는 압전진동체가 양팔보(doubly clamped beam) 형태이므로, 비록 본체 두께는 얇으나 좌우로 펼쳐진 길이가 선행문헌1보다는 많이 길게 되므로 선행문헌1과 같은 코인형태를 채용하고 있는 기존 이동단말의 교체형으로 채용하기가 사실상 어렵다.

따라서 본 발명의 목적은 설치 바닥면적이 기존 손톱 크기만한 코인형의 선형진동 엑츄에이터만큼 좁으면서도 압전소자 작동방식에 의해 2밀리초[㎳] 이하의 빠른 응답시간으로 진동 작동할 수 있는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동단말의 기존 코인형 진동모터(엑츄에이터) 위치에 그대로 설치할 수 있으면서도 300Hz 주파수 이하 범위에서의 주파수 조절로 진동의 크기와 속도를 세밀하게 조절할 수 있도록 해주는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치를 제공함에 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명은, 이동단말용 압전소자 진동장치에 있어서, 디스크형 전극판(2)의 양측면 중 적어도 하나에 압전소자판(4)을 일체로 형성하고 디스크형 전극판(2)의 외곽부를 지지하는 탄성재질 환형브라켓(6)을 함께 구비한 정원형이나 정다각형 압전진동체(8)를 구성하여서 캔타입 케이스(14)에 실장되게 하며, 디스크형 전극판(2)의 심부에는 웨이트(10)를 고정하되 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)을 연결 매개로 디스크형 전극판(2)에 면 고정되게 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 압전소자 진동장치(100)는 웨이트(10)의 두부면과 캔타입 케이스(14)의 내면 사이에는 탄성스프링(12)으로 연결되게 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동단말용 압전소자 진동장치(100A)로서, 디스크형 전극판(2)의 양측면중 적어도 하나에 압전소자판(4)을 일체로 형성하고 디스크형 전극판(2)의 외곽부를 지지하는 탄성재질 환형브라켓(6)을 함께 구비한 정원형이나 정다각형의 압전진동체(8)를 구성하여서 캔타입 케이스(14)에 실장되게 하며, 디스크형 전극판(2)의 심부에는 웨이트(10)를 고정하되 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)을 연결 매개로 디스크형 전극판(2)에 면 고정되게 구성하고, 캔타입 케이스(14)의 천장부에 고정된 안내축봉(30)이 웨이트(10)의 두부심부에 형성된 승강안내홈(26)에 상대적인 슬라이딩이 가능케 끼움 구성함을 특징으로 한다.

상기의 압전소자 진동장치(100A)에 있어, 웨이트(10)의 승강안내홈(26)에는 오일리스메탈베어링(28)이 장착되게 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 압전소자 진동장치(100)(100A)를 구현함에 있어 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)은,

웨이트(10)의 저부 중심과 디스크형 전극판(2)의 타측면 간에는 완충용 수지결합편(16)이 개재되고 접착제(18)로 접착되게 하여서 구성하거나,

다른 예로서 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)은, 하단 걸림테(17)을 갖는 수지결합편(16)이 디스크형 전극판(2)의 중공에 끼워 걸림된 상태에서 웨이트(10)의 저부 중심에 접착제(18)로 접착되게 하여서 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 압전진동체(8)를 구성하는 압전소자판(4)는, 디스크형 전극판(2)의 일측면에 부착되어 신축하는 유니모프(unimorph)형 압전판, 디스크형 전극판(2)의 양면에 압전소자판(4)이 부착되어 신축하는 바이모프(bimorph)형 압전판, 디스크형 전극판(2)의 일측면에 다수 압전소자판층이 적층형성된 압전소자판(4)이 부착되어 신축하는 멀티모프(multimorph)형 압전판의 형태 중 하나로 형성함을 특징으로 한다.

본 발명은 바닥 설치면적이 좁은 이동단말용 기존 코인형 진동모터(엑츄에이터) 위치에 그대로 설치할 수 있으면서도, 압전소자 작동방식의 진동 엑츄에이터로구현되므로 2㎳ 이하의 빠른 응답시간으로 진동 작동할 수 있고 또 300Hz 주파수 이하 범위내에서의 주파수대역별 조절로 진동의 크기와 속도를 세밀하게 조절할 수 있어 헵틱기술 적용이 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치의 사시 분해 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예들의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치에 공히 적용되는 압전진동체의 부분 분해 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치의 결합 정단면 구성도,
도 4는 도 3의 "A"부분의 확대도로서, 본 발명에 따른 디스크형 전극판과 웨이트의 중심섬부의 연결상태를 상세히 보여주는 단면 구성도,
도 5는 도 3의 "A"부분에 대한 변형예시 확대도,
도 6는 본 발명의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치의 작동 개념도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치의 결합 정단면 구성도,
도 8은 본 발명의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치의 외관 구성도,
도 9는 도 1의 캔타입 압전소자 진동장치의 변형 예시도,
도 10은 본 발명의 압전진동체를 구성하는 디스크형 전극판과 압전소자판의 변형 형태 예시도,
도 11은 본 발명에 따른 압전진동체를 구성하는 압전소자판의 다양한 부착 예시 형태도,
도 12는 본 발명에서 웨이트의 진폭확보용 돌섬을 형성하는 다양한 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에 사용하는 용어에서 '환형(ring shape or loop)'이라 함은 루프형태를 의미하는 것으로 원형태뿐만 아니라 사각형과 같은 각형도 포함됨을 이해하여야 한다.

본 발명의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치는 압전효과(Piezo electric effect)를 이용하여 진동을 발생시키는 진동수단임과 동시에 성인 엄지나 검지 손톱크기만한 사이즈를 가지며, 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 외관도에서와 같이 다소 납작한 원통 캔이나 사각통형 캔 형태이다.

도 8과 같은 본 발명에 따른 캔타입의 이동단말용 진동장치(100)(100A)는 설치될 바닥면적을 성인의 검지손톱 크기만큼이나 적게 차지하는 이점이 있다.

더욱이 본 발명에서는 선형진동 엑츄에이터를 구현하되 압전소자 작동방식을 취하므로 2㎳ 이하의 빠른 응답시간을 갖도록 할 수 있다. 또 본 발명에 따라 구현된 압전소자 작동방식은 1~300㎐의 폭넓은 공진주파수 대역 범위내에서 가변값을 가지며 가변된 각 주파수대역 값에서 공진에 의한 최대 진동이 가능하다는 요지적 특징이 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치(100)의 분해 사시 구성도로서, 원통형 캔타입 케이스(14)에 실장될 수 있도록 형성된 압전진동체(8)를 포함한다.

그리고, 도 9에서는 도 1에서 변형된 사각통형 캔타입으로도 실시가 가능한 본 발명의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치(100)의 분해 사시 구성도를 보여주고 있다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치(100)를 구성하는 압전진동체(8)의 부분 분해 구성도이며, 도 3에서는 압전진동체(8)를 포함하는 본 발명의 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치(100)의 결합 정단면 구성을 보여주고 있다.

압전진동체(8)는 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4), 및 탄성재질 환형브라켓(6)으로 구성한다. 즉 디스크형 전극판(2)의 일측면에 압전소자판(4)을 일체로 형성하여 디스크 진동판체를 구성하고, 디스크형 전극판(2)의 외주부를 지지하는 탄성재질 환형(ring shape)브라켓(6)을 함께 구비한 구성이다.

이러한 압전진동체(8)는 도 2에서와 같이 디스크형 전극판(2), 압전소자판(4) 및 탄성재질 환형브라켓(6) 모두가 정원형 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 도 9에 도시된 바와 같이 정사각형과 같은 정다각형 형태로도 구성될 수도 있음을 이해하여야 한다. 도 2의 탄성재질 환형브라켓(6)은 동심 환형브라켓이 되고 도 9에 따른 탄성재질 환형브라켓(6)은 정사각 환형브라켓이 되는 것이다.

도 10에서는 동심형태의 압전진동체(8)를 구성할 경우 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4)의 다양한 형태를 예시적으로 보여주고 있다.

도 10의 (a)는 도 1 및 도 2에 도시된 형태이고, 도 10의 (b)는 동심형태의 디스크형 전극판(2)의 원호 일부가 절개된 형태이며, 도 10의 (c)는 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4)에 중심공(3)이 형성된 형태이다. 그리고 도 10의 (d)는 도 9에 도시된 예시로서 사각 디스크형 전극판(2)에 원형 압전소자파(4)에 일체로 부착 형성된 형태이다.

본 발명에서는 도 10에 도시된 예시나 그 예시에서 변경 내지 변경된 형태로 압전진동체(8)를 구성할 수 있음이 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하여진다.

본 발명의 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4)이 포함된 압전진동체(12)는 두개의 전선(20)을 통해서 도 6의 (a)나 (b)에서와 같이 (-)/(+)나 (+)/(-)의 구동전압이 인가됨으로써 구동된다. 즉, 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4)에 서로 다른 전극을 걸어주면 압전소자판(4)내의 양전하와 음전하가 무작위(random) 배열에서 편극 방향(P)으로 정렬된다.

보다 구체적으로 설명하면, 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4)에 (-)/(+)나 (+)/(-) 전압을 교대로 걸어주면 도 6의 (a) 및 (b)에서와 같은 수축현상과 팽창현상이 반복 발생하되, 환형브라켓(6)이 디스크형 전극판(2)의 외주부나 외곽부를 잡고 있는 관계로 그 심부측을 상하 정점으로 하는 상하방 굴곡변위가 진동을 생성하는 것이다.

여기서, 본 발명의 압전소자판(4)은 피에조 세라믹(Piezo ceramic), EAP(Electro Active Polymer) 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 피에조 세라믹 중 PZT계, PT계, PZT복합계 등을 사용하고, EAP 중에서는 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite), EPAM(Electroactive PolymerArtificial Muscle), MFC(Macro Fiber Composite), 기타 전도성 필러를 첨가한 고분자 복합체 액츄에이터 등을 사용하는 것이 좀더 바람직하다.

본 발명에서 압전소자판(4)은 도 11의 (a)에서와 같이 디스크형 전극판(2)의 일측면에만 부착되어 평면방향으로 신축하는 유니모프(unimorph)형 압전판으로서 설치하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 도 11의 (b)와 같이 디스크형 전극판(2)의 양면에 압전소자판(4)을 부착한 바이모프(bimorph)형 압전판을 사용하는 것도 가능한 것이다. 또 큰 힘을 내도록 하기 위해 도 11의 (c)에서와 같이 다수 압전소자판층이 적층된 멀티모프(multimorph)형 압전판을 디스크형 전극판(2)의 일측면에 설치하는 것도 가능하다.

또 필요에 따라서는 도 11의 (d)나 (e)에서와 같이 유니모프형이나 바이모프형에서 그리고 멀티모프형에서도 압전소자판(4)에 중심공(3)이 형성된 중공 압전판(center bore type)을 사용할 수 있다.

상기와 같은 압전소자판(4)이 일측면이나 양측면에 일체로 형성되는 디스크형 전극판(2)은 합금금속소재를 사용하고, 디스크형 전극판(2)의 타측면에는 진동의 증대를 위해서 웨이트(10)가 접착 연결되게 구성한다.

본 발명의 실시예들에서 웨이트(10)는 고비중을 갖는 텅스텐 재질을 사용한다. 그리고 웨이트(10)는 스마트폰이나 피처폰, 태블릿PC와 같은 이동단말에 적용할 경우 1~5g의 무게를 가진다. 웨이트(10)의 무게가 1g 미만이면 압전진동체(8)의 진동 증대효과가 미약하게 되며 웨이트(10)의 무게가 5g을 초과할 경우에는 압전진동체(8)의 전체 사이즈나 두께나 무게가 증대되고 또 응답시간이 길어진다는데에 그 임계적 의의가 있다.

본 발명에 따라 디스크형 전극판(2)과 웨이트(10)를 접촉 연결함에 있어 디스크형 전극판(2)의 선형 진동운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 해야하는바 이를 위해서 도 3의 "A"가 가리키는 점선 원에서와 같이 웨이트(10)의 일측에 진폭확보용 돌섬(jutting island)(10a)을 형성하고, 그 진폭확보용 돌섬(10a)을 연결 매개로 하여 디스크형 전극판(2)의 타측면에 연결되게 형성한다.

진폭확보용 돌섬(10a)과의 접촉면적이 좁아질수록 디스크형 전극판(2)의 선형 진동운동이 훨씬 유리해질 수는 있지만, 거의 점(spot) 접촉을 하게 되면 웨이트(10)와 디스크형 전극판(2)간의 접착 내구성이 줄어드는 단점과 아울러 외부충격이 가해질 경우 디스크형 전극판(2)의 타측면에 일체형으로 부착고정된 압전소자판(4)의 파손 우려가 높아진다는 불리함을 고려해야 한다.

도 4는 도 3의 "A"부분의 확대도로서, 본 발명에 따른 디스크형 전극판(2)과 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a) 간의 연결상태를 상세히 보여주는 단면 구성도이다.

도 4를 참조하여 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)에 대해서 보다 상세히 설명하면, 본 발명에서는 웨이트(10)의 원추뿌리측부의 절단면적을 가능한 한 좁게 형성하되 디스크형 전극판(2)과의 접착 고정력을 높이고 충격내성을 키우기 위해서 원추뿌리부의 저부단면에 0.5 ~ 1.0mm 깊이의 고정홈을 마련한다. 그리고 0.55 ~ 1.1mm두께의 수지결합편(16)을 그 고정홈에 끼움 접착하고 수지결합편(16)이 디스크형 전극판(2)의 타측면과 접촉되게 하며, 실리콘이나 우레탄 수지 등이 포함된 접착제(18)로 접착 연결되게 하여서 진폭확보용 돌섬(10a)을 형성한다.

도 5에서는 본 발명에 따라 원추뿌리부를 갖는 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)을 형성하는 다른 예시를 보여주고 있다.

도 5의 예시에는, 수지결합편(16)이 하단 걸림테(17)를 갖는 단봉형상이다. 수지결합편(16)이 압전소자판(4)과 디스크형 전극판(2)의 중공을 이용해 끼워 걸림테(17)에 턱걸림되게 하고 웨이트(10)의 중심 원추뿌리부 고정홈에 끼움된 상태에서 접착제(18)로 접착된 구성이다.

본 발명에서 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10)을 형성함에 있어, 마치 팽이처럼 생긴 웨이트(10)의 원추뿌리부를 활용해서 형성할 수도 있지만, 도 12의 다양한 예시와 같이 다른 형태로도 구현할 수 있다.

즉 도 12의 (b)에서와 같이 웨이트(10)가 정단면 직사각형상이지만 저방 중심부의 진폭확보용 돌섬(10)의 길이를 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 원추뿌리형 웨이트(10)의 그것보다 더 길게 형성함으로써 선형진동 진폭(w)이 확보되게 구현할 수도 있다. 그리고 웨이트(10)의 원추뿌리측을 도 12의 (c)에서와 같이 다수 계단층으로 형성하고 중심부에 진폭확보용 돌섬(10)을 형성함으로써 선형진동 진폭(w)이 확보되게 구현할 수도 있는 것이다.

도 1 내지 도 3으로 돌아가면, 압전진동체(8)의 디스크형 전극판(2)과 압전소자판(4)에 서로 다른 극성의 전압을 인가하기 위해 마련된 각 전선(20)은 도 2에서와 같이 도전성 인쇄패턴이 형성된 가요성 케이블(flexible cable)로서 제공되는 것이 바람직하다. 가요성 케이블로 된 전선(20)이 통과하는 캔타입 케이스(2)의 전선인입개구는 자외선경화성 접착제로 마감처리되어서 외부 환경으로부터 케이스(2)의 내장 부품을 보호한다.

그리고, 압전소자판(4)이 일체형성된 디스크형 전극판(2)의 외주를 내경벽면에 형성된 끼움홈선(도 2의 6a)에 끼움 지지하여 상하방향의 선형 진동을 허락하는 본 발명의 환형브라켓(6)은, 도 2에서와 같이 일측이 절개된 링형상이나 하단에 절개홈이 형성된 폐쇄 루프형태의 탄성재이다.

도 9에 도시된 사각형태로 된 압전진동체(8)는 사각형 환형브라켓(6)을 구비하며, 사각형 환형브라켓(6)이 사각형 압전소자판(4)과 일체 형성된 사각 디스크형 전극판(2)의 외곽부를 내벽면의 끼움홈선에 끼움지지하여 상하방향의 선형 진동을 허락한다. 도 9의 사각 환형브라켓(6)은 링하단에 절개홈이 형성된 폐쇄 루프(closed loop)형태나 일측 절개된 루프 형상으로 구성할 수 있다.

탄성재질 환형브라켓(6)은 압전소자판(4)이 일체형으로 부착된 디스크형 전극판(2)이 정확한 상하 진동운동을 할 수 있는 작동공간을 제공해 줌은 물론이고, 디스크형 전극판(2)의 외주부를 탄력지지함으로써 1~300Hz 주파수범위 내에서의 가변 된 각 주파수대역별로 최대의 진동력이 발휘될 수 있도록 허락한다.

압전소자판(4)이 일체화된 디스크형 전극판(2)은 외주부나 외곽부가 지지됨에도 불구하고 그 상하 왕복진동운동이 자유로워야 한다. 만일 압전소자판(4)이 일체화된 디스크형 전극판(2)의 외주부나 외곽부가 용접이나 접착 등으로 위치 고정이 되어버리면 공진주파수대역이 고정되어지고 이는 그 공진주파수대역을 조금이라도 벗어나면 진동력이 급격히 감소된다.

본 발명에서 구현코자하는 햅틱기술에서 중요한 기능은 1~300Hz 주파수범위 내의 가변된 각 주파수대역별로 각기 최대의 진동력을 발휘되도록 구현해야 하는바, 탄성재질 환형브라켓(6)의 내벽부 끼움홈선(6a)에 끼워진 디스크형 전극판(2)의 외주부나 외곽부가 끼워진 구조는 상하 진동을 위한 디스크형 전극판(2)의 미세 수평 유동을 허락하므로 상기 주파수대역별로도 최대의 진동력이 발휘되게끔 해준다.

본 발명에서 탄성재질 환형브라켓(6)은 햅틱기술 구현이 용이하도록 탄성재질인 수지재나 고무재로 구성하되, 그 값이 쇼어경도(Shore hardness) 20~80의 경도값을 갖도록 형성한다. 쇼어 A 경도계 기준으로는 20~80의 경도값을 가지며, 쇼어 D 경도계 기준으로는 30~70의 경도값을 갖도록 한다.

탄성재질 환형브라켓(6)이 쇼어경도값이 낮을수록 진동에 의한 소음이 줄어들게 하는 이점이 있으나 본 발명의 진동장치에서 원하는 진동전달특성도 마찬가지로 저하되는 불리함이 있다. 그러므로 본원 발명자가 수 많은 실험을 통해서 진동 소음은 줄여주면서도 진동전달특성은 양호하게 되는 임계범위를 확인하여서 상기와 같이 탄성재질 환형브라켓(6)의 쇼어경도값 20~80으로 정한 것이다.

한편 본 발명은 헵틱기술 구현이 용이한 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치로서 그 장치가 제대로 작동하기 위해서는 아래와 같은 1) ~ 3)의 사항을 충분히 고려 내지 해소해야 한다.

1) 본 발명의 진동장치가 낙하충격 등과 같은 외부 충격에 충분한 내구성을 가져야 한다.

2) 본 발명의 진동장치에서 발생되는 소음의 방지 내지 최소화시켜야 한다.

3) 압전진동체(8)의 선형 진동의 왕복운동이 정확해야 한다.

먼저 위 1)의 사항에 관련하여, 낙하충격과 같은 외부 충격이 가해지면 고비중의 웨이트(10)가 디스크형 전극판(2)으로부터 탈리되거나 또는 디스크형 전극판(2)에 부착된 깨지기 쉬운 압전소자판(4)을 파손시킬 수 있다.

본 발명의 진동장치가 외부 충격에 대해서 충분한 내구성을 갖도록 하기 위한 방안은 크게 두가지로 구분된다.

첫번째 방안으로는, 도 1 및 도 3에 도시된 실시예에 따른 압전소자 진동장치(100)에서와 같이, 웨이트(10)의 두부면과 캔타입 케이스(14)의 내면 사이를 탄성스프링(12)으로 연결 고정하는 것이다.

탄성스프링(12)은 그 상하부에 면접촉부가 형성되는바, 상부 및 하부 면접촉부를 대응되는 케이스(14)의 내실 천장부와 웨이트(10)의 두부면에 각기 접촉시키고 레이져 용접이나 스폿용접을 하여서 연결 고정한다. 탄성스프링(12)은 압전진동체(8)의 선형운동 최하강점에서 최대 신장이 되고 압전진동체(8)의 선형운동 최상승점에서 최대 압축이 되도록 구현하면 압전진동체(8)의 상하 선형운동에는 지장을 끼치지 않게 된다. 그리고 외부에서의 강한 충격이 있더라도 탄성스프링(12)이 무게가 나가는 웨이트(10)를 탄력있게 잡아주므로 압전소자판(4)을 비롯한 각종 내장 부품이 안전하게 보호된다.

또한 탄성스프링(12) 이외에도 디스크형 전극판(2) 상에 충격흡수용 스펀지(32)를 동심형성되게 부착함으로써 낙하나 외부 충격으로부터 내장 부품을 안전하게 보호할 수 있다. 충격흡수용 스펀지(32)는 그 특성상 웨이트(10)의 원추뿌리부가 닿더라도 웨이트(10)의 상하작동을 방해하지 않는다.

다음으로 위 2)의 사항에 관련된 것으로, 본 발명의 진동장치에서 발생되는 소음의 방지 내지 최소화를 시켜야 한다.

압전진동체(8)의 진동은 파동인 관계로 공기를 매질로 하는 음파도 자연스럽게 발생된다. 압전진동체(8)의 진동작동과 함께 발생하는 음파는 소음이 된다.

소음방지 내지 최소화를 위해서 도 1 및 도 3에 도시된 진동장치(100)의 실시예에서와 같이 탄성스프링(12)을 채용한 경우는, 그 스프링(12)이 소음까지도 방지 내지 최소화시킬 수 있다. 또한 압전진동체(8)를 구성하는 탄성재질 환형브라켓(6)도 디스크형 전극판(2)의 선형 진동중에 발생하는 소음을 어느 정도 감소시키게 된다.

그리고, 소음방지를 더욱 향상시키기 위해서 케이스(14)의 케이스밑판(14a)이나 케이스(14)의 내측벽면에 전기절연성이 함께 도모되며 완충겸용 방음시트(도 7의 24)를 추가할 수도 있다.

마지막으로, 위 3)의 사항에 관련한 것으로 압전진동체(8)의 선형 진동의 왕복운동이 정확해야 한다는 것이다.

본 발명의 선형진동의 왕복운동은 디스크형 전극판(2), 압전소자판(4), 및 탄성재질 환형브라켓(6)로 된 압전진동체(8)와 아울러 웨이트(10)의 연동 작동에 의해서 압전진동체(8)의 선형 진동의 왕복운동이 정확하게 이루어진다.

즉 압전소자판(4)을 일체형으로 갖는 디스크형 전극판(2)이 고비중을 갖는 원추뿌리형 웨이트(10)와 연결된 구조의 본 발명 압전진동체(8)는 초당 1~300회의 선형 왕복운동하는 진동을 발생하되, 압전진동체(8)를 구성하는 탄성재질 환형브라켓(6)에 디스크형 전극판(2)의 외주가 탄력 지지되게 하여서 선형 진동하는 왕복운동의 정확도를 확보하며 더욱이 300Hz 주파수 이하 범위내에서의 주파수대역별로 진동력을 극대화하여 진동의 크기와 속도가 세밀하게 조절될 수 있게 한다.

도 7에서는 상하 선형 진동이 완벽하게 이루어지도록 하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전소자 진동장치(100A)가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전소자 진동장치(100A)는 도 3의 압전소자 진동장치(100)의 구성에다가, 캔타입 케이스(14)의 천장부에 고정된 안내축봉(30)이 웨이트(10)의 두부면 심부에 형성된 승강안내홈(26)에 상대적인 슬라이딩이 가능케 끼움한 구조를 추가한 것이다.

캔타입 케이스(14)의 천정부의 심부를 버링 가공으로 천공하고 안내축봉(30)을 강제끼움방식 및 레이져용접이나 스폿용접으로 결합 고정하고, 웨이트(10)의 두부면 심부에는 승강안내홈(26)을 형성하되 그 승강안내홈(26)에는 오일리스메탈베어링(28)이 강제삽입으로 장착되게 구성한다. 캔타입 케이스(14)의 천장부에 고정된 안내축봉(30)은 웨이트(10)의 승강안내홈(26)에 삽입고정된 부싱(bushing)형 오일리스메탈베어링(28)내에 미끄럽게 끼워지므로, 웨이트(10)의 정확한 상하운동이 이루어질 수 있는 것이다.

또 필요에 따라서는 방음 및 완충용 수지재 환테(22)를 캔타입 케이스(14)내에 장착되게 구성하되 웨이트(10)의 상하 운동을 허락할 수 있도록 배치되어서 진동장치가 낙하충격과 같은 같은 외부의 강한 충격시 웨이트(10)가 그 내벽면에 먼저 부딪힘으로 인해 그 충격이 흡수 내지 완화되게 하는 역할을 도모하고 내부 소음도 외부로 방출되지 않도록 해준다.

본 발명의 실시예들에 따른 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치(100)(100A)는 선형진동 엑츄에이터로서 압전소자방식을 채용함에 따른 2㎳ 이하의 빠른 응답시간으로의 진동 작동과 300Hz 주파수 이하 범위내에서의 주파수대역별 조절로 진동의 크기와 속도의 세밀조절이 가능할 뿐더러 바닥 설치면적이 좁은 이동단말용 기존 캔타입 진동모터(엑츄에이터)의 설치 위치에 그대로 설치할 수 있는 이점도 가진다.

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 발명은 모바일 통신기기, 의료기기나 각종 사무용기기 등 사용자와의 다양한 인터페이스가 이루어지는 햅틱 디바이스 전반에 이용될 수 있다.

(2)-- 디스크형 전극판 (4)-- 압전소자판
(6)-- 탄성재질 환형브라켓 (6a)-- 끼움홈선
(8)-- 압전진동체 (10)-- 웨이트
(10a)-- 진폭확보용 돌섬 (12)-- 탄성스프링
(14)-- 캔타입 케이스 (14a)-- 케이스 밑판
(16)-- 수지결합편 (18)-- 실리콘 접착제
(20)-- 전선 (22)-- 완충용 수지재 환테
(24)-- 완충겸용 방음시트 (26)-- 승강안내홈
(28)-- 오일리스메탈베어링 (30)-- 안내축봉
(100)(100A)-- 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치

Claims (15)

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5. 이동단말용 압전소자 진동장치에 있어서,
   디스크형 전극판(2)의 양측면 중 하나 이상에 압전소자판(4)을 일체로 형성하고 디스크형 전극판(2)의 외곽부를 지지하는 탄성재질 환형브라켓(6)을 함께 구비한 정원형이나 정다각형의 압전진동체(8)를 구성하여서 캔타입 케이스(14)에 실장되게 하며, 디스크형 전극판(2)의 심부에는 웨이트(10)를 고정하되 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)을 연결 매개로 디스크형 전극판(2)에 면 고정되게 구성하고,
   캔타입 케이스(14)의 천장부에 고정된 안내축봉(30)이 웨이트(10)의 두부심부에 형성된 승강안내홈(26)에 상대적인 슬라이딩이 가능케 끼움 구성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
   
6. 제5항에 있어서, 웨이트(10)의 승강안내홈(26)에는 오일리스메탈베어링(28)이 장착되게 구성하고, 웨이트(10)의 두부면과 캔타입 케이스(14)의 내면 사이에는 탄성스프링(12)으로 연결되게 구성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
   
7. 제5항에 있어서, 압전진동체(8)를 구성하는 압전소자판(4)는, 디스크형 전극판(2)의 일측면에 부착되어 신축하는 유니모프(unimorph)형 압전판, 디스크형 전극판(2)의 양면에 압전소자판(4)이 부착되어 신축하는 바이모프(bimorph)형 압전판, 디스크형 전극판(2)의 일측면에 다수 압전소자판층이 적층형성된 압전소자판(4)이 부착되어 신축하는 멀티모프(multimorph)형 압전판의 형태 중 하나로 형성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
   
8. 제5항에 있어서, 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)은, 웨이트(10)의 저부 중심과 디스크형 전극판(2)의 타측면 간에는 완충용 수지결합편(16)이 개재되고 접착제(18)로 접착되게 하여서 구성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
   
9. 제5항에 있어서, 웨이트(10)의 진폭확보용 돌섬(10a)은, 하단 걸림테(17)을 갖는 수지결합편(16)이 디스크형 전극판(2)의 중공에 끼워 걸림된 상태에서 웨이트(10)의 저부 중심에 접착제(18)로 접착되게 하여서 구성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
   
10. 제5항에 있어서, 웨이트(10)는 원추뿌리형, 정단면 사각형, 원추뿌리부에 다수 계단부가 형성된 형태중 하나로 형성됨을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
    
11. 제7항에 있어서, 유니모프형, 바이모프형, 및 멀티모프형의 압전전동체(8)는 디스크형 전극판(2) 및 압전소자판(4)에는 중심공(3)을 더 구비함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
    
12. 제5항에 있어서, 탄성재질 환형브라켓(6)은 고무재 및 수지재 중의 하나로 형성됨을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
    
13. 제5항에 있어서, 디스크형 전극판(2)은 합금금속재질이고 웨이트(10)는 텅스텐 재질로 구성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
    
14. 제5항에 있어서, 압전진동체(8)는 1~300Hz 주파수범위 내에 가변된 각 주파수대역별로 공진에 의해 최대 진동력이 발휘되게 구성함을 특징으로 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.
    
15. 제5항에 있어서, 웨이트(10)가 있는 디스크형 전극판(2) 상에 동심형성되게 부착한 충격흡수용 스펀지(32)를 더 구비함을 특징으로 하는 하는 이동단말용 캔타입 압전소자 진동장치.

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