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WO2013051806A2 - 압전소자가 장착된 바이브레이터 - Google Patents

압전소자가 장착된 바이브레이터 Download PDF

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Publication number
WO2013051806A2
WO2013051806A2 PCT/KR2012/007654 KR2012007654W WO2013051806A2 WO 2013051806 A2 WO2013051806 A2 WO 2013051806A2 KR 2012007654 W KR2012007654 W KR 2012007654W WO 2013051806 A2 WO2013051806 A2 WO 2013051806A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric element
coupled
diaphragm
vibrator
movable surface
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/007654
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013051806A3 (ko
Inventor
정회원
서종식
천세준
김민기
Original Assignee
(주)하이소닉
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020110101601A external-priority patent/KR101316782B1/ko
Priority claimed from KR1020120038057A external-priority patent/KR101250291B1/ko
Priority claimed from KR1020120038058A external-priority patent/KR101272583B1/ko
Application filed by (주)하이소닉 filed Critical (주)하이소닉
Priority to US13/983,124 priority Critical patent/US9590166B2/en
Priority to JP2013555377A priority patent/JP5748867B2/ja
Publication of WO2013051806A2 publication Critical patent/WO2013051806A2/ko
Publication of WO2013051806A3 publication Critical patent/WO2013051806A3/ko
Priority to US15/010,004 priority patent/US20160149115A1/en
Priority to US15/009,949 priority patent/US10186653B2/en

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    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
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    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0603—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a piezoelectric bender, e.g. bimorph
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • the present invention relates to a vibrator equipped with a piezoelectric element, and to a vibrator equipped with a piezoelectric element that generates vibration by using a deformation of the piezoelectric element.
  • a vibration generating device is mainly used as a device for providing haptic feedback to such a mobile terminal.
  • the vibration generating device uses a solenoid principle.
  • the vibration generating device using the solenoid generates a magnetic force in proportion to the number of coils and current strength wound on the bobbin.
  • the vibration generating apparatus using the solenoid has a problem that inevitably increases in volume or power consumption in order to increase the strength of the magnetic force to strengthen the vibration force.
  • the conventional vibration generating device has a structure in which a piezoelectric element is coupled to a flat plate-like diaphragm supported by a spring, for example, as disclosed in Patent Document 1 (Korean Patent Laid-Open Patent Publication No. 2001-0108361). Longer diaphragms are required for this. If the length of the diaphragm is long, it is inevitable to expand the space by the increased length, which is a disadvantage in that the size of the battery apparatus to which the diaphragm is applied is quite disadvantageous.
  • Korean Patent No. 10-1016208 discloses a hybrid actuator using a vibration generator.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of an actuator using such a conventional vibration generating device.
  • a hybrid actuator using a conventional vibration generator includes vibration generators 11 and 12 that generate vibrations according to the strength of an applied power; A lower plate 20 disposed below the vibration generating device 11 and 12 and having elasticity; An electromagnetic force generator 30 disposed between the vibration generators 11 and 12 and the lower plate 20 to vibrate the lower plate 20 through magnetic force due to electromagnetic induction; Including the fixing means 40 for fixing one end of the vibration generating device (11, 12) and one end of the lower plate 20 so that the vibration generating device (11, 12) and the lower plate 20 is spaced apart from each other. Is done.
  • the vibration generating device (11, 12) is composed of a vibration unit 11 and a piezoelectric element (12).
  • the vibrator portion 11 is made of an elastic body with a thin plate-like member capable of vibrating in the vertical direction.
  • the piezoelectric element 12 is a piezo actuator, which extends or contracts in the longitudinal direction depending on the strength of the power supply provided.
  • the piezoelectric element 12 is coupled to one side of the vibrating portion 11 to vibrate the vibrating portion 11 in the vertical direction while expanding and contracting.
  • the actuator using the conventional vibration generating device (11,12) is impossible to operate because the vibration unit 11 is plastically deformed beyond the elastic limit point when a strong impact is applied by other factors such as user carelessness or product drop test. There is a problem.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and a first object of the present invention is to provide a vibrator equipped with a piezoelectric element capable of miniaturizing and consuming low power while increasing vibration force.
  • a second object of the present invention is to provide a vibrator equipped with a piezoelectric element which can be miniaturized while occupying less space while increasing vibration force.
  • a third object of the present invention is to provide a vibrator equipped with a piezoelectric element having improved impact resistance by preventing plastic deformation of the diaphragm even under strong external shock while increasing vibration force.
  • the vibrating member is formed in a flat plate shape and both ends are coupled to the object;
  • a piezoelectric element coupled to the upper or lower surface of the vibration member; It comprises a power supply for applying power to the piezoelectric element, wherein the vibration member, the first movable surface provided in the horizontal direction and each of the second movable surface formed by extending downward bent from both ends of the first movable surface Movable portion comprising a; It is formed on both ends of the movable portion is formed of a fixed portion coupled to the object, the piezoelectric element is coupled in surface contact with the first movable surface, when the power is supplied from the power source is bent deformation to deform the movable portion
  • a vibrator equipped with a piezoelectric element, which generates vibration in the vertical direction.
  • the movable part includes a third movable surface, one end of which is bent and extended in the horizontal direction from the second movable surface to the inside of the movable part, and the other end of the third movable surface is extended and coupled to the fixing part.
  • Each of the fixing portions includes an inner fixing piece extending in parallel from the third movable surface;
  • Each of the outer fixing piece is formed by bending upwardly outward from the side of the inner fixing piece, the outer fixing piece is coupled to the object.
  • It comprises a fastening member for coupling the outer fixing piece and the object, wherein the outer fixing piece is formed extending in the second movable surface direction, the fastening member is between the second movable surface and the inner fixing piece Combine the outer fixing piece and the object.
  • the first movable surface is preferably formed longer than the length of the second movable surface and the third movable surface.
  • the second movable surface and the third movable surface are preferably formed smaller than the width of the first movable surface.
  • a weight is coupled to the lower portion of the first movable surface. More specifically, the weight coupling plate is provided on both sides of the first movable surface, the weight is sandwiched between the weight coupling plate is coupled to be spaced apart from the lower surface of the first movable surface. At this time, it is preferable that the coupling groove corresponding to the weight coupling plate is formed on the side of the weight body corresponding to the weight coupling plate.
  • the third movable surface is configured to be spaced apart from the object to be movable in the vertical direction.
  • the base member is disposed below the vibrating member and includes a base member for coupling the vibrating member to the object, wherein the base member is provided with a vertical fixing piece at a position corresponding to the outer fixing piece of the fixing part.
  • the outer fixing piece is coupled to the vertical fixing piece, and the third movable surface is coupled to be spaced apart from the upper surface of the base member.
  • a control unit for controlling the power applied to the piezoelectric element by controlling the power supply unit, wherein the piezoelectric element is deformed by the power applied by the control unit to generate vibration of the vibration member, and the piezoelectric element
  • the waveform of the voltage applied to is composed of various waveforms such as sine waves, triangle waves, square waves, and the like.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element is preferably a resonance frequency corresponding to the natural frequency of the vibration member.
  • Vibrator equipped with a piezoelectric element of the present invention for achieving the third object the upper and lower surfaces are coupled to the vibration generating object;
  • a vibrator coupled to the inside of the case;
  • a piezoelectric element coupled to the vibrator to bend and deform to vibrate the vibrator vertically and laterally;
  • a power supply unit applying power to the piezoelectric element; It is made, including, the vibrating portion protrudes in the lateral direction is formed, the case is formed a locking groove for limiting the vertical movement distance of the locking projection.
  • the locking groove is formed on the side of the case and the locking projection is inserted and disposed, the vertical separation distance of the locking groove is longer than the vertical thickness of the locking projection, the locking projection in contact with the upper or lower surface of the locking groove up and down and lateral direction Movement is limited.
  • the vibrating unit is formed in a flat plate shape, both ends are bent downward to be coupled to the case, the piezoelectric element is coupled to the upper vibration plate vibrating by the piezoelectric element; A weight body protruding from the protrusion and coupled to a lower portion of the diaphragm to vibrate together with the diaphragm; Although made of, the deformation of the piezoelectric element is limited by the engaging projection.
  • the weight body is an increase portion; A connector for coupling the extender and the diaphragm; The connector is formed integrally protruding from the connector, the increase is made of tungsten material.
  • the piezoelectric element is composed of two and coupled to the upper portion of the diaphragm, the two piezoelectric elements are spaced apart from each other based on the center of the diaphragm.
  • a first damper coupled to an upper portion of the diaphragm and disposed between two piezoelectric elements;
  • a second damper coupled to a lower portion of the weight body; It further comprises.
  • Vibrator equipped with a piezoelectric element of the present invention for achieving the third object the upper and lower surfaces are coupled to the vibration generating object;
  • a diaphragm coupled to the inside of the case;
  • a piezoelectric element coupled to the diaphragm to vibrate and deform the diaphragm in a vertical direction;
  • a power supply unit applying power to the piezoelectric element; It comprises, but the case, the base; Protruding portions formed at both sides of the base, respectively, and both sides of the diaphragm are coupled to each other to support the diaphragm in an up and down direction; It is made, including, the vibration plate is bent and deformed by an external impact, the deformation is reduced while the support portion is bent and deformed together.
  • the thickness of the support is thinner than the thickness of the diaphragm.
  • the support part is formed to protrude in the inward direction in which the diaphragm is disposed at both ends of the base, respectively, and the support part is bent several times to elastically support the diaphragm in the upward direction.
  • the support portion includes a vertical portion perpendicular to the base; A horizontal portion extending from the vertical portion and spaced apart from and parallel to the bottom surface of the base; It consists of, the vertical portion and the horizontal portion is formed to extend repeatedly coupled to the diaphragm.
  • Is coupled to the lower portion of the diaphragm further comprises a weight body that vibrates with the diaphragm, wherein the weight body is formed with a projection protrusion protruding in the lateral direction, the case is a locking groove for limiting the vertical movement distance of the locking projection Is formed.
  • the vibrator equipped with a piezoelectric element according to the present invention has the following effects.
  • Substantially long vibration member can generate more reliable vibration, but not only the space occupied by the electronic device is large, but also it is advantageous for miniaturization of the electronic device because it consumes low power while increasing the vibration force.
  • the locking projection protrudes from the piezoelectric element coupled to the upper and lower and the lateral movement distance of the vibrating portion, thereby preventing plastic deformation due to excessive deformation of the vibrating portion even in the strong external impact to improve impact resistance.
  • the engaging projection is formed protruding to the vibration portion coupled to the piezoelectric element is limited by the vertical movement and the lateral movement distance of the vibration portion, it is possible to limit the excessive deformation of the piezoelectric element to prevent breakage of the piezoelectric element.
  • the oscillation force can be increased while reducing power consumption by matching the resonant frequency of the vibrator even in a longer period of vibration.
  • the two piezoelectric elements are spaced apart from each other with respect to the center of the diaphragm, it is possible to prevent the piezoelectric element from being excessively deformed by the center of the diaphragm having the maximum deformation.
  • first damper and the second damper are coupled to the upper portion of the diaphragm and the lower portion of the weight body to be in contact with the base and the cover when the vibrator vibrates, thereby absorbing and reducing the shock generated when the vibrator vibrates.
  • the support part protruding from the base elastically supports the diaphragm, and when the external impact occurs, the support part is deformed along with the diaphragm to reduce the bending deformation of the diaphragm. Therefore, the impact resistance is improved by preventing plastic deformation due to excessive deformation of the diaphragm even under strong external impact. You can.
  • the diaphragm vibrates up and down while more deformation occurs in the support, thereby preventing excessive deformation of the diaphragm and damage of the piezoelectric element. Can be.
  • the weight of the diaphragm is coupled to the vibration plate coupled to the piezoelectric element is coupled is coupled to limit the vertical movement distance of the vibration plate, it is possible to limit the excessive deformation of the piezoelectric element to prevent breakage of the piezoelectric element.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of an actuator using a conventional vibration generating device
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a vibrator according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing the vibration member, the piezoelectric element, and the weight body in the vibrator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a view showing a part of the vibration member applied to the vibrator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a state in which the base member is coupled to the component of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2, and FIG. 6A illustrates a state before operation.
  • FIG. 6B illustrates a vibrating member vibrating upward.
  • FIG. 7 is a perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line D-D of FIG. 2;
  • FIG. 1 schematically shows a vibrator according to a first preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a vibrator, a piezoelectric element, and a weight body coupled to each other in the vibrator according to the first preferred embodiment of the present invention
  • 3 shows a part of a vibrating member applied to the vibrator according to the first preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a state in which the base member is coupled to the component of FIG. 2.
  • the vibrator includes both the vibrating member 110, the piezoelectric element 130, the power supply unit (not shown), the weight body 150, the base member 170, and the cover member 180. It may be made, including or only a part of them. This is divided into the solution means and the claims. In the following, the present invention is explained based on an exploded perspective view of the vibrator shown in FIG.
  • the cover member 180 is not an essential configuration forming a vibrator, it will be understood that only required to achieve the appearance.
  • the vibrator according to the first preferred embodiment of the present invention includes a vibration member 110, a piezoelectric element 130, a power supply unit (not shown), a weight body 150, and a base member ( 170).
  • the vibrating member 110 is largely composed of a movable part shown at 112, 114 and 116 and a fixed part shown at 20.
  • One end 116 of the movable parts 112, 114, and 116 and one end 122 of the fixing part 120 are coupled to each other so as to extend. A more detailed description thereof will be given later.
  • the movable parts 112, 114, and 116 included in the vibrating member 110 have a first movable surface 112 provided in a horizontal direction as shown in the figure, and each of the movable parts 112, 114, and 116 is downward from both ends of the first movable surface 112.
  • the second movable surface 114 bent and extended to the third movable surface 116 extending from the second movable surface 114 to the inner side of the movable parts 112, 114, and 116 in the horizontal direction. It is composed.
  • the vibration member 110 or the movable part included therein should be made of a material that can be flexibly deformed together with the bending deformation of the piezoelectric element 130 and / or have a thickness. Those skilled in the art will fully appreciate the material and / or thickness thereof and will be able to select it.
  • the piezoelectric element 130 is surface-contacted by the adhesive force of the adhesive layer 32 formed by the adhesive, as illustrated in the upper surface of the first movable surface 112.
  • the piezoelectric element 130 is coupled to the upper surface of the first movable surface 112, but may also be coupled to the lower surface of the first movable surface 112. In addition, it may be coupled to any one or both of the second movable surface 114 and the third movable surface 116. All of these belong to the scope of the present invention.
  • the piezoelectric element 130 When power is applied to the piezoelectric element 130, the piezoelectric element 130 is bent and deformed, and the first movable surface 112 to which the piezoelectric element 130 is coupled is linked to the bending deformation generated in the piezoelectric element 130. ) Is also bending deformation.
  • the second movable surface 114 extending to the first movable surface 112 and the third movable surface 116 extending to the second movable surface 114 are sequentially bent and deformed, and these are included.
  • the vibrating member 110 is vibrated.
  • the vibrations of the movable parts 112, 114, and 116 generated in this way are transmitted to the base member 170 via the fixing part 120 to be described later, and the vibration transmitted to the base member 170 is finally applied to the object to be vibrated. Delivered.
  • the fixing part 120 and the base member 170 are separately provided and coupled by the fastening member 76, but the movable parts 112 and 114 are not provided with the fixing part 120 and the base member 170.
  • One end 116 of 116 may be directly coupled to the object to be vibrated to vibrate.
  • a lower space is required in which the third movable surfaces of the movable parts 112, 114, and 116 can vibrate without any obstacle in the vertical direction. This will be described later with reference to FIG. 5.
  • Piezoelectric element 130 used in the present invention is well known per se, a detailed description thereof will be omitted. Although not shown, the piezoelectric element 130 is electrically connected to a power source for applying power.
  • the first movable surface 112 is longer than the second movable surface 114 and / or the third movable surface 116.
  • the first movable surface 112 is also flexibly deformed as described above, wherein the first movable surface 112 is When the length becomes longer, the bending deformation width of the first movable surface 112 is increased, which can generate a larger vibration.
  • Both fixing parts 120 coupled to the base member 170 are formed at both ends of the movable parts 112, 114, and 116, that is, the third movable surface 116.
  • Each of the fixing part 120 is an inner fixing piece 122 which extends in parallel from the third movable surface 116 as shown and each in the outward direction from the side of the inner fixing piece 122 It is composed of an outer fixing piece 123 formed by bending upward.
  • Outer portions of the outer fixing piece 123 that is, portions between the second movable surface 114 and the inner fixing piece 122, which are formed extending in the direction of the second movable surface 114, are indicated by reference numeral 176. It is coupled to the base member 170 by a fastening member.
  • a fastening member if the coupling with the base member 170 through the inner portion of the outer fixing piece 123 is made of the first movable surface 112 and the third movable surface (112) of the vibration member 110 ( There is a high possibility that 116 will collide with the fastening member 76 fitted for their fastening, thereby limiting the vibration of the vibrating member 110. For this reason, in order to ensure more reliable vibration of the vibrating member 110, as described above, it is preferable that the coupling with the base member 170 through the outer extension of the outer fixing piece 123.
  • the outer fixing piece 123 is provided with a fastening hole, which is indicated by reference numeral 124, and the fastening as shown in the base member 170.
  • a vertical fixture 174 in which the ball 124 is formed.
  • the fixing part 120 is coupled to the base member 170 in the first embodiment, as described above, the fixing part 120 may be directly coupled to an object to be vibrated without the base member 170. Of course.
  • the weight body 150 is coupled to be spaced apart from the first movable surface 112. More specifically, both sides of the first movable surface 112 is provided with a weight coupling plate 122 as shown, and the weight on the side of the weight body 150 corresponding to the weight coupling plate 122 The coupling groove 158 to which the sieve coupling plate 122 may be fitted is formed.
  • the weight body 150 of the first movable surface 112 by fitting the weight coupling plate 122 provided on both sides of the first movable surface 112 to the coupling groove 158 formed on the side thereof. It is coupled to the side spaced apart.
  • the weight body 30 serves to further increase the amount of vibration generated when the vibration member 110 vibrates.
  • the space between the first movable surface 112 and the weight body 150 is disposed so that the upper edge portion of the weight body 150 when the first movable surface 112 is bent and deformed upward by the piezoelectric element 130. This is to cause the vibration member 110 to cause more free vibration by not being in contact.
  • the cover member 180 is coupled to the base member 170 as shown.
  • fastening grooves 188 are formed at both ends of the base member 170 and both ends of the cover member 180 corresponding thereto, and these fastening grooves 188.
  • the cover member 180 is finally mounted to the base member 170 by fitting the fastening member shown by reference numeral 78 through).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • Fig. 5 (a) is shown a cross-sectional view before operation
  • Fig. 5 (b) is shown a cross-sectional view in which the vibrating member vibrates upward (upward)
  • Fig. 5 (c) A cross-sectional view in which the vibrating member vibrates downward is shown.
  • the vibrator according to the first preferred embodiment of the present invention having the configuration as described above has no deformation of the vibration member 110 as shown in FIG. 5A before power is applied to the piezoelectric element 130.
  • the vibration member 110 is also bent and deformed to move in the vertical direction as shown in FIGS. 5B and 5C in conjunction with the bending deformation thereof.
  • the substantial vibration of the vibrating member 110 is made from the first movable surface 112 to the third movable surface 116, but each of the movable surfaces 12, 14, and 16 is in a straight line. Only a significantly smaller amount of space is required.
  • the lower surface of the third movable surface 116 is sufficiently spaced apart from the object or base member 170 to be vibrated as described above, and does not limit the upward movement of the vibrating member 110 (see FIG. 5).
  • the first movable surface 112 is also sufficiently spaced apart from the weight body 150 as described above, and does not limit the upward movement of the vibrating member 110 (see FIG. 4).
  • the present invention may further comprise a control unit (not shown) for controlling the power applied to the piezoelectric element 130 by controlling the power supply unit.
  • the waveform of the voltage applied to the piezoelectric element 130 may be formed in various waveform forms such as sine wave, triangle wave, and square wave.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 130 is to be a resonance frequency corresponding to the natural frequency of the vibration member 110.
  • the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 130 is preferably 100 ⁇ 350 Hz. That is, since the natural frequency of the vibration member 110 is a frequency between 100 and 350 Hz, and the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 130 is also 100 to 350 Hz, the vibration member 110 may be caused by resonance. ) The displacement amount can be increased.
  • FIG. 7 is a perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is FIG. It is sectional drawing which looked at the BB line of FIG. 10, and FIG. 10 is sectional drawing which looked at the CC line of FIG.
  • the vibrator equipped with the piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention includes a case 210, a vibrator 220, a piezoelectric element 230, a power supply 240, and a second vibrator. It consists of a first damper 250 and a second damper 260.
  • the case 210 has a top or bottom surface coupled to a vibration generating object, and includes a base 210a and a cover 210b coupled to the base 210a.
  • the base 210a has a lower surface interviewed with the object and is fixed, and an upper portion thereof is opened so that the vibrator 220, the piezoelectric element 230, the power supply 240, the first damper 250, and the second damper therein. 260 is inserted.
  • the cover 210b is coupled to the base 210a to cover the upper portion of the base 210a.
  • the case 210 is provided with a locking groove 211 for limiting the vertical and lateral movement distance of the locking projection 225 formed in the vibrator 220.
  • a recess 211a is formed in the top of the side of the base 210a, and a recess 211a is formed in the base 210a in the cover 210b.
  • the projection 11b is inserted into the) is formed, the locking groove 211 is formed between the base 210a and the cover 210b coupled to each other.
  • the locking protrusion 225 is inserted into the locking groove 211.
  • the vertical separation distance of the locking groove 211 is formed longer than the vertical thickness of the locking projection 225, the locking projection 225 is moved up and down in the locking groove 211, by the locking groove 211 Up and down and the lateral movement distance of the locking projection 225 is limited.
  • the case 210 may be provided with a separate protrusion in the inner direction so as to limit the vertical movement of the locking projection 225 without forming the locking groove 211, and the second embodiment As described above, the locking groove 211 is formed in the case 210 to allow the locking protrusion 225 to be inserted into the case 210, thereby minimizing the total volume of the case 210.
  • the vibrator 220 is coupled to the inside of the case 210, and the locking protrusion 225 protrudes in the lateral direction.
  • the vibrator 220 includes a diaphragm 221 and a weight body 222.
  • the diaphragm 221 is formed in a flat plate shape, as shown in Figures 8 and 9, both ends are bent downward and then bent in a direction facing each other.
  • both ends of the diaphragm 221 are formed in a 'c' shape open in a direction facing each other is coupled to the base (210a).
  • the piezoelectric plate 230 is coupled to the piezoelectric element 230 on the upper side and vibrates by the piezoelectric element 230.
  • the weight body 222 is coupled to the lower portion of the diaphragm 221 and vibrates with the diaphragm 221, and consists of an increase part 223 and a connector 24.
  • the increase part 223 is made of a tungsten material and is coupled to the lower portion of the diaphragm 221 by the connector 24.
  • Tungsten has a higher specific gravity than iron and other metals having a specific gravity of 14-19.5 and a specific gravity of 7-8.
  • the increase part 223 is made of a tungsten material having a large specific gravity, and further increases the mass of the vibrating part 220 or increases the volume at the same mass without increasing the volume of the increase part 223 compared to other metal materials. Can be made smaller.
  • the resonant frequency of the vibrator 220 decreases, and the vibration force caused by the resonance phenomenon when the vibrator 220 vibrates by the piezoelectric element 230. Is easy to increase.
  • the connector 24 couples the increase part 223 to the diaphragm 221, and the locking protrusion 225 is integrally formed to protrude.
  • the connector 24 may be integrally formed with the increase part 223 and may be coupled to the diaphragm 221.
  • the increase part 223 may be made of tungsten, and thus may be difficult to process.
  • the shape is processed to combine the increaser 223 and the diaphragm 221.
  • the locking protrusion 225 is formed to protrude in the lateral direction as described above is inserted into the locking groove 211, as shown in Figure 10 the upper surface (R) or lower surface (F) of the locking groove (211) (F). ) Up and down distance is limited.
  • the locking protrusion 225 is inserted into the locking groove 211 is limited in the lateral direction, that is, the longitudinal movement of the diaphragm 221.
  • the distance between the engaging projection 225 and the upper surface (R) of the engaging groove 211 is the piezoelectric element Shorter than the distance between the 230 and the cover 210b, the distance between the locking projection 225 and the lower surface (F) of the locking groove 211 is less than the distance between the increase portion 223 and the base 210a. short.
  • the locking projection 225 is inserted into the locking groove 211, thereby limiting the vertical movement distance, thereby improving impact resistance by preventing plastic deformation due to excessive deformation of the diaphragm 221 in the event of strong external shock. Can be.
  • the vibration plate 221 may operate normally and vibrate without being plastically deformed by the impact even during a drop test in which the product falls freely for a test against a strong shock that may occur in the product after the manufacture of the vibrator.
  • the upper and lower movement distance of the locking projection 225 is limited, thereby limiting excessive deformation of the piezoelectric element 230 coupled to the vibrator 220 to prevent breakage of the piezoelectric element 230. can do.
  • the piezoelectric element 230 may be damaged beyond an elastic limit because the piezoelectric element 230 is more deformed than the deformation amount for vibrating the diaphragm 221 by the increase part 223 coupled to the diaphragm 221 during an external impact. .
  • the piezoelectric element 230 is coupled to the vibrator 220 to bend and deform to vibrate the vibrator 220 in the vertical direction.
  • the piezoelectric element 230 is coupled in surface contact with the diaphragm 221, and is bent and deformed in the vertical direction by receiving power from the power supply unit 240.
  • the diaphragm 221 vibrates in an up and down direction by the piezoelectric element 230 that is bent and deformed.
  • the increaser 223 may be made of tungsten having a specific gravity greater than that of other materials, thereby increasing vibration force or reducing power consumption.
  • the vibration force of the vibrator 220 is increased as described above, the amount of deformation of the piezoelectric element 230 is increased.
  • the locking protrusion 225 vibrating with the vibrator 220 is inserted into the locking groove 211 to limit vertical and lateral movement distances, thereby limiting the amount of deformation of the piezoelectric element 230.
  • the piezoelectric element 230 is prevented from being damaged by excessive deformation.
  • the piezoelectric element 230 is composed of two and coupled to the upper portion of the diaphragm 221.
  • the two piezoelectric elements 230 are spaced apart from each other on the left and right with respect to the center of the diaphragm 221.
  • the piezoelectric element 230 may be made of one and may be coupled to the upper portion of the diaphragm 221, but the piezoelectric element 230 may be the most deformed at the center of the diaphragm 221 when the diaphragm 221 vibrates. ) Is spaced apart from the center of the diaphragm 221 to prevent breakage due to bending deformation.
  • the first damper 250 is coupled to the upper portion of the diaphragm 221 and disposed between the two piezoelectric elements 230.
  • the second damper 260 is coupled to the lower portion of the weight body 222.
  • the first damper 250 and the second damper 260 may vibrate the base 210a and the cover 210b when the diaphragm 221 and the increase part 223 vibrate together. Absorbs the impact while hitting first to absorb the shock generated when the vibration unit 220 vibrates or when the locking projection 225 hit the upper surface (R) and lower surface (F) of the locking groove 211 Decrease.
  • the vibration plate 221 may be bent and deformed together with the piezoelectric element 230 to raise the vibrator 220. do.
  • the first damper 250 is first contacted with the cover 210b is compressed and the locking projection 225 is the upper surface (11a) of the locking groove 211 In contact with the limiting the upward movement of the vibrator 220.
  • the second damper 260 is first contacted with the base 210a is compressed while the locking projection 225 is the bottom surface 11b of the locking groove 211. In contact with the to limit the downward movement of the vibrator 220.
  • the vibration frequency of the piezoelectric element 230 coincides with the natural frequency of the vibrator 220 such that resonance occurs.
  • the amplitude is maximized to increase the vibration force.
  • the vibration force of the vibration unit 220 may be increased while reducing power consumption, and plastic deformation of the vibration plate 221 and damage of the piezoelectric element 230 may be prevented due to a strong impact.
  • FIG. 11 is a perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of a vibrator equipped with a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line EE of FIG.
  • FIG. 14 is a view illustrating a state in which the diaphragm vibrates up and down while the support part elastically deforms when an external impact occurs.
  • the vibrator having the piezoelectric element according to the third embodiment of the present invention includes a case 310, a diaphragm 320, a weight body 330, a piezoelectric element 340, and a power supply unit. It consists of 350.
  • the case 310 has an upper or lower surface coupled to the vibration generating object.
  • the case 310 includes a base 311, a support 312, and a cover 313.
  • the base 311 is fixed by interviewing the object, and the upper part is opened so that the diaphragm 320, the weight body 330, and the piezoelectric element 340 are inserted therein.
  • the support part 312 protrudes from both sides of the base 311, and both sides of the diaphragm 320 are coupled to elastically support the diaphragm 320 in a vertical direction.
  • the support portion 312 protrudes in the inner direction in which the diaphragm 320 is disposed at both ends of the base 311, and is bent several times, and the vertical portions 312a, 312c and 312e and the horizontal portions 312b and 312d are formed. , 312f).
  • the vertical portions 312a, 312c and 312e are perpendicular to the base 311, and the horizontal portions 312b, 312d and 312f are spaced apart from the lower surface of the base 311 so as to be parallel to the base 311. Is placed.
  • the support part 312 protrudes from the base 311 to be perpendicular to the base 311 and the first vertical part 312a and the first vertical part 312a.
  • a second horizontal portion extending from the first horizontal portion 312b and parallel to the base 311, and extending from the first horizontal portion 312b to be perpendicular to the first horizontal portion 312b 312c, a second horizontal portion 312d extending from the second vertical portion 312c and disposed parallel to the base 311, and extending from the second horizontal portion 312d to extend the second horizontal portion 312d.
  • a third vertical portion 312e perpendicular to the portion 312d, and a third horizontal portion 312f extending from the third vertical portion 312e and disposed parallel to the base 311.
  • the third horizontal portion 312f is bent from the third vertical portion 312e toward the second vertical portion 312c and the diaphragm 320 is coupled thereto.
  • the support 312 is made of an elastic body, the thickness is thinner than the thickness of the diaphragm 320.
  • the support part 312 is made thinner than the thickness of the diaphragm 320 to reduce the bending deformation of the diaphragm 320 while bending the deformed together when the diaphragm 320 is deflected.
  • the diaphragm 320 vibrates up and down together with the support 312, thereby preventing the diaphragm 320 from excessively bending deformation and plastic deformation.
  • the piezoelectric element 340 coupled to the diaphragm 320 may be prevented from being excessively bent and deformed together with the diaphragm 320.
  • the diaphragm 320 may be made of a material having a rigidity higher than that of the support part 312 without having a thickness difference between the diaphragm 320 and the support part 312 so that the support part 312 may be more deformed. have.
  • the shape of the support part 312 is specified, but the support part 312 is not limited to the above-described shape and is formed in various shapes so that the diaphragm 320 is elastic. You can also support it.
  • the cover 313 is coupled to the base 311 to cover an upper portion of the base 311.
  • the case 310 has a locking groove 314 for limiting the vertical movement distance of the locking projection 333 formed on the diaphragm 320 is formed.
  • a recessed recess 314a is formed in an upper side of the base 311, and a recess 314a formed in the base 311 is formed in the cover 313.
  • the projection 314b is inserted into the () is formed, the locking groove 314 is formed between the base 311 and the cover 313 coupled to each other.
  • the locking protrusion 333 is inserted into the locking groove 314.
  • the vertical separation distance of the locking groove 314 is formed longer than the vertical thickness of the locking projection 333, the locking projection 333 is moved up and down in the locking groove 314, by the locking groove 314 The vertical movement distance of the locking protrusion 333 is limited.
  • the case 310 may be provided with a separate protrusion in the inner direction to limit the vertical movement of the locking projection 333 without forming the locking groove 314, but with the present third embodiment As described above, the locking groove 314 is formed in the case 310 to allow the locking protrusion 333 to be inserted into the case 310, thereby minimizing the total volume of the case 310.
  • Both ends of the diaphragm 320 are coupled to the support part 312 and are disposed in the case 310.
  • the diaphragm 320 is formed in a flat plate shape, and the thickness of the diaphragm 320 is greater than the thickness of the support part 312 as described above.
  • the support part 312 which is thinner than the diaphragm 320 due to an external impact, is bent and deformed together with the diaphragm 320, the deflection deformation of the diaphragm 320 is reduced, so that the diaphragm ( It is possible to prevent the 320 from being excessively deformed beyond the elastic limit point.
  • the piezoelectric plate 320 is coupled to the piezoelectric element 340 on the upper side thereof while being bent and deformed together with the piezoelectric element 340 to vibrate up and down.
  • the weight body 330 is coupled to the lower portion of the diaphragm 320 and vibrates together with the diaphragm 320.
  • the weight body 330 is composed of an extender 331 and a connector 332.
  • the increase part 331 is made of a tungsten material and is coupled to the lower portion of the diaphragm 320 by the connector 332.
  • Tungsten has a higher specific gravity than iron and other metals having a specific gravity of 14-19.5 and a specific gravity of 7-8.
  • the increaser 331 is made of tungsten material having a large specific gravity, and further increases the mass of the diaphragm 320 or increases the volume at the same mass without increasing the volume of the increaser 331 compared to other metal materials. It can be made smaller.
  • the natural frequency of the diaphragm 320 including the increase part 331 decreases, and the vibrating plate 320 vibrates by the piezoelectric element 340. It is easy to increase the vibration force by the resonance shape.
  • the connector 332 couples the increase part 331 to the diaphragm 320, and the locking protrusion 333 is integrally formed to protrude.
  • the connector 332 may be integrally formed with the increase part 331 and coupled to the diaphragm 320, but the increase part 331 may be made of tungsten, and thus difficult to process the connector 332.
  • the shape of the easy-processing material is processed to combine the increaser 331 and the diaphragm 320.
  • the locking projection 333 is formed to protrude in the lateral direction as described above is inserted into the locking groove 314, the upper and lower moving distance in contact with the upper or lower surface of the locking groove 314 as shown in FIG. Is limited.
  • the top surface of the locking protrusion 333 and the locking groove 314 is provided.
  • the distance between the piezoelectric elements 340 and the cover 313 is shorter than the distance, the distance between the engaging projection 333 and the lower surface of the engaging groove 314 is between the increase portion 331 and the base 311 Shorter than
  • the locking protrusion 333 is inserted into the locking groove 314 to limit the vertical movement distance, thereby preventing plastic deformation due to excessive deformation of the diaphragm 320 even in the external strong impact, thereby improving impact resistance.
  • the vibration plate 320 may operate normally and vibrate without being plastically deformed by the impact even in a drop test in which the product falls freely for a test against a strong shock that may occur in the product after the manufacture of the vibrator.
  • the piezoelectric element 340 Since the piezoelectric element 340 is deformed more than the deformation amount for vibrating the diaphragm 320 by the increase portion 331 coupled to the diaphragm 320, the piezoelectric element 340 may not be subjected to the vibration force of the increase force 331. Increasing the amount of deformation can be broken.
  • the piezoelectric element 340 is coupled to the diaphragm 320 to bend and deform so as to vibrate the diaphragm 320 vertically.
  • the piezoelectric element 340 is coupled to the diaphragm 320 by surface contact, and is bent and deformed in the vertical direction by receiving power from the power supply unit 350.
  • the diaphragm 320 vibrates in the vertical direction by the piezoelectric element 340 that is bent and deformed.
  • the support part 312 to which the diaphragm 320 is coupled vibrates in the up and down direction while being bent and deformed.
  • the vertical and horizontal portions of the diaphragm 320 are vibrated while being deformed in the vertical direction, respectively, thereby reducing the amount of deflection of the diaphragm 320 and the piezoelectric element 340. You can keep the same.
  • the increase part 331 vibrates together, and when the vibration frequency generated by the piezoelectric element 340 and the natural frequency of the diaphragm 320 including the increase part 331 coincide, resonance phenomenon occurs. The vibration force is increased by this.
  • the increase part 331 is made of tungsten having a specific gravity larger than that of other materials, the natural frequency of the diaphragm 320 including the increase part 331 is reduced to increase the vibration force. Or it can reduce power consumption.
  • the locking protrusion 333 vibrating together with the diaphragm 320 is inserted into the locking groove 314 to limit the vertical movement distance, thereby limiting the amount of deformation of the piezoelectric element 340 so as to limit the piezoelectric element 340. ) Is prevented from being broken by excessive deformation.
  • the piezoelectric elements 340 may be separated into two and disposed to be spaced apart from each other on the basis of the center of the diaphragm 320.
  • the piezoelectric element 340 Since the most deformation occurs at the center of the diaphragm 320 during the vibration of the diaphragm 320, the piezoelectric element 340 is separated from the center of the diaphragm 320 to prevent excessive bending deformation. have.
  • a damper may be coupled to an upper portion of the diaphragm 320 and a lower portion of the increase part 331 to absorb and reduce an impact generated during vertical vibration of the diaphragm 320.
  • FIG. 13 shows no deformation of the piezoelectric element 340 and the diaphragm 320 in an initial state in which power is not applied to the piezoelectric element 340.
  • the vibration plate 320 When the piezoelectric element 340 is bent and deformed in the upward direction, the vibration plate 320 is bent and deformed together with the piezoelectric element 340, and the third horizontal portion 312f and the first horizontal part 312f to which the diaphragm 320 is coupled.
  • the diaphragm 320 vertically moves while the vertical portion 312a, the first horizontal portion 312b, the second vertical portion 312c, the second horizontal portion 312d, and the third vertical portion 312e are bent and deformed, respectively. It will vibrate.
  • the support part 312 is thinner than the diaphragm 320, the support part 312 may be easily vibrated in the vertical direction while being bent and deformed together with the diaphragm 320.
  • the vibration plate of the vibration plate 320 vibrated by the piezoelectric element 340 coincides with the natural frequency of the vibration plate 320 including the increase part 331. As the resonance occurs, the amplitude is maximized and the vibration force is increased.
  • the vibration force of the diaphragm 320 can be increased while reducing power consumption.
  • the vertical movement distance of the diaphragm 320 is limited by the locking protrusion 333, so that the diaphragm 320 is excessively deformed and deformed. To prevent plastic deformation.
  • the support part 312 thinner than the diaphragm 320 flexes and deforms together with the diaphragm 320, thereby bending the diaphragm 320. Since the deformation is reduced, excessive deformation of the diaphragm 320 and damage of the piezoelectric element 340 may be prevented.
  • the vibrator equipped with the piezoelectric element of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified and implemented within the scope of the technical idea of the present invention.

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Abstract

본 발명은 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것으로서, 특히 압전소자의 휨 변형을 이용하여 진동을 발생시키는 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바이브레이터는 평판 형상으로 이루어져 양단이 대상물에 결합되는 진동부재와; 상기 진동부재의 상면 또는 하면에 결합되는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함한다. 진동부재는, 수평방향으로 구비되는 제1가동면 및 각각이 상기 제1가동면의 양단으로부터 하향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면을 포함하여 이루어지는 가동부와; 상기 가동부의 양단에 연장 형성되어 상기 대상물에 결합되는 고정부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 실질적으로 진동이 이루어지는 진동부재가 길어 보다 확실한 진동을 발생시킬 수 있음에도 전자기기에서 차지하는 공간이 크지 않을 뿐만 아니라 진동력을 증대시키면서도 저전력을 소모하므로 전자기기의 소형화에 유리하다.

Description

압전소자가 장착된 바이브레이터
본 발명은 압전소자가 장착된 바이브레이터로써, 압전소자의 변형을 이용하여 진동을 발생시키는 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것이다.
근래, 소형 휴대단말기의 터치스크린 또는 터치패드를 통해 햅틱 피드백을 구현하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이러한 휴대단말기에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치로 진동발생장치가 주로 이용되고 있는데 이러한 진동발생장치는 솔레노이드의 원리를 이용하고 있다.
이렇게 솔레노이드를 이용한 진동발생장치는 보빈에 권취되는 코일의 수 및 전류 세기에 비례하여 자력을 발생시킨다.
따라서, 솔레노이드를 이용한 진동발생장치는 자력의 세기를 증대하여 진동력을 강화하기 위해서는 필연적으로 부피가 커지거나 전력소모가 심해지는 문제가 있다.
이에 진동력을 증대시키면서 저전력을 소모하고 소형화가 가능한 진동발생장치의 개발이 요원한 실정이다.
또한, 종래의 진동발생장치는 예를 들어 특허문헌1(대한민국공개특허 특2001-0108361)에 개시되어 있는 바와 같이 스프링에 의해 지지되는 평판형의 진동판에 압전소자가 결합되는 구조이므로 보다 큰 진동을 위해서는 보다 길다란 형태의 진동판이 요구된다. 진동판의 길이가 길어지는 경우에는 증가되는 길이만큼 공간의 확장이 불가피하여, 진동판이 적용되는 전지기기의 소형화에는 상당히 불리한 단점이 있다.
또한 등록특허공보 제10-1016208호에는 진동발생장치를 이용한 혼합형 액추에이터가 개시되어 있다.
도 1은 이러한 종래의 진동발생장치를 이용한 액추에이터의 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 진동발생장치를 이용한 혼합형 액추에이터는, 인가되는 전원의 세기에 따라 진동을 발생시키는 진동발생장치(11,12); 상기 진동발생장치(11,12)의 하부에 이격 배치되고, 탄성을 갖는 하판(20); 상기 진동발생장치(11,12) 및 하판(20) 사이에 배치되고, 전자기유도에 의한 자력을 통해 상기 하판(20)을 진동시키는 전자기력발생장치(30); 상기 진동발생장치(11,12) 및 하판(20)이 상호 이격되어 진동 가능하도록 상기 진동발생장치(11,12)의 일단 및 하판(20)의 일단을 고정하는 고정수단(40)을 포함하여 이루어진다.
구체적으로 상기 진동발생장치(11,12)는 진동부(11) 및 압전소자(12)로 이루어진다.
상기 진동부(11)는 상하방향으로 진동 가능한 얇은 판 형상의 부재로 탄성체로 제작된다.
상기 압전소자(12)는 피에조(piezo) 액추에이터로써, 제공되는 전원의 세기에 따라 길이방향으로 확장 또는 수축한다.
이러한 상기 압전소자(12)는 상기 진동부(11)의 일측에 결합되어 확장 및 수축하면서 상기 진동부(11)를 상하방향으로 진동시킨다.
그러나 종래의 진동발생장치(11,12)를 이용한 액추에이터는 사용자의 부주의나 제품 낙하실험 등의 기타 요인에 의해 강한 충격이 가해지면 상기 진동부(11)가 탄성한계점을 벗어나 소성변형되어 작동이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은 진동력을 증대시키면서 저전력을 소모하며 소형화할 수 있는 압전소자가 장착된 바이브레이터를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제2목적은 진동력을 증대시키면서도 더 적은 공간을 차지하여 소형화할 수 있는 압전소자가 장착된 바이브레이터를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제3목적은 진동력을 증대시키면서 외부의 강한 충격에도 진동판의 소성변형을 방지하여 내충격성이 향상된 압전소자가 장착된 바이브레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 제1목적 및 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전소자가 장착된 바이브레이터는, 평판 형상으로 이루어져 양단이 대상물에 결합되는 진동부재와; 상기 진동부재의 상면 또는 하면에 결합되는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하여 이루어지되, 상기 진동부재는, 수평방향으로 구비되는 제1가동면 및 각각이 상기 제1가동면의 양단으로부터 하향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면을 포함하여 이루어지는 가동부와; 상기 가동부의 양단에 연장 형성되어 상기 대상물에 결합되는 고정부로 이루어지고, 상기 압전소자는 상기 제1가동면에 면접촉하여 결합되어, 상기 전원부로부터 전원이 공급되면 휨 변형되어 상기 가동부를 변형시켜 상하 방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터를 제공한다.
상기 가동부는, 일단이 상기 제2가동면으로부터 가동부의 내측으로 수평방향으로 절곡되어 연장 형성된 제3가동면을 포함하고, 상기 제3가동면의 타단이 상기 고정부에 연장 결합된다.
각각의 상기 고정부는, 상기 제3가동면으로부터 평행하게 연장 형성된 내측 고정편과; 각각이 상기 내측 고정편의 측면에서 외측방향으로 상향 절곡되어 형성된 외측 고정편으로 이루어지며, 상기 대상물에 상기 외측 고정편이 결합된다.
상기 외측 고정편과 대상물을 결합시키는 체결부재를 포함하여 이루어지되, 상기 외측 고정편은 상기 제2가동면 방향으로 연장 형성되고, 상기 체결부재는 상기 제2가동면과 상기 내측 고정편 사이에서 상기 외측 고정편과 상기 대상물을 결합한다.
상기 제1가동면은 상기 제2가동면과 제3가동면의 길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2가동면과 제3가동면은 상기 제1가동면의 폭보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1가동면의 하부에는 중량체가 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 제1가동면의 양 측면에 중량체 결합판이 구비되고, 상기 중량체 결합판 사이에 중량체가 끼움 결합되어 상기 제1가동면의 하면에 대하여 이격되게 결합된다. 이때, 상기 중량체 결합판에 대응되는 중량체의 측면에 상기 중량체 결합판에 대응되는 결합홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제3가동면은 상하 방향으로 움직일 수 있을 정도로 상기 대상물과 이격 배치되게 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 진동부재의 하부에 배치되어 상기 진동부재를 상기 대상물에 결합시키는 베이스부재를 포함하여 이루어지되, 상기 베이스부재에는 상기 고정부의 외측 고정편에 대응하는 위치에 수직 고정편이 구비되고, 상기 수직 고정편에 대하여 상기 외측 고정편이 결합되되, 상기 제3가동면이 상기 베이스부재의 상면과 이격되게 결합된다.
상기 전원부를 제어하여 상기 압전소자에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어지되, 상기 압전소자는 상기 제어부에 의해 인가되는 전원에 의해 변형되어 상기 진동부재의 진동을 발생시키고, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 파형은 예를 들어 사인파, 삼각파, 사각파 등의 다양한 파형으로 이루어진다.
이때, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수인 것이 바람직하다.
상기 제3목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전소자가 장착된 바이브레이터는, 상면 또는 하면이 진동 발생 대상물에 결합되는 케이스와; 상기 케이스의 내부에 결합되는 진동부와; 상기 진동부에 결합되어 휨 변형되면서 상기 진동부를 상하 및 측방향으로 진동시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부; 를 포함하여 이루어지되, 상기 진동부에는 측방향으로 걸림돌기가 돌출 형성되고, 상기 케이스에는 상기 걸림돌기의 상하 이동거리를 제한하는 걸림홈이 형성된다.
상기 걸림홈은 상기 케이스의 측면에 형성되어 상기 걸림돌기가 삽입 배치되되, 상기 걸림홈의 상하 이격 거리는 상기 걸림돌기의 상하 두께보다 길고, 상기 걸림돌기는 상기 걸림홈의 상면 또는 하면에 접하여 상하 및 측방향 이동이 제한된다.
상기 진동부는, 평판 형상으로 형성되고, 양단이 하향 절곡되어 상기 케이스에 결합되며, 상부에 상기 압전소자가 결합되어 상기 압전소자에 의해 진동하는 진동판과; 상기 걸림돌기가 돌출 형성되고, 상기 진동판의 하부에 결합되어 상기 진동판과 함께 진동하는 중량체; 로 이루어지되, 상기 걸림돌기에 의해 상기 압전소자의 변형이 제한된다.
상기 중량체는, 증량부와; 상기 증량부와 진동판을 결합시키는 커넥터; 로 이루어지되, 상기 커넥터에는 상기 걸림돌기가 일체로 돌출 형성되고, 상기 증량부는 텅스텐 재질로 이루어진다.
상기 압전소자는 2개로 이루어져 상기 진동판의 상부에 결합되되, 2개의 상기 압전소자는 상기 진동판의 중심부를 기준으로 상호 이격 배치된다.
상기 진동판의 상부에 결합되어 2개의 상기 압전소자 사이에 배치되는 제1댐퍼와; 상기 중량체의 하부에 결합되는 제2댐퍼; 를 더 포함하여 이루어진다.
상기 제3목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전소자가 장착된 바이브레이터는, 상면 또는 하면이 진동 발생 대상물에 결합되는 케이스와; 상기 케이스의 내부에 결합되는 진동판과; 상기 진동판에 결합되어 휨 변형되면서 상기 진동판을 상하방향으로 진동시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부; 를 포함하여 이루어지되, 상기 케이스는, 베이스와; 상기 베이스의 양측에서 각각 돌출 형성되고, 상기 진동판의 양측이 결합되어 상기 진동판을 상하방향으로 탄성지지하는 지지부; 를 포함하여 이루어지며, 외부 충격에 의해 휨 변형되는 상기 진동판은 상기 지지부가 함께 휨 변형되면서 그 변형량이 감소한다.
상기 지지부의 두께는 상기 진동판의 두께보다 얇다.
상기 지지부는 상기 베이스의 양단에서 각각 상기 진동판이 배치된 내측방향으로 돌출 형성되되, 상기 지지부는 수회 절곡 형성되어 상기 진동판을 상방향으로 탄성지지한다.
상기 지지부는, 상기 베이스와 수직을 이루는 수직부와; 상기 수직부에서 연장 형성되고, 상기 베이스의 하면과 이격되어 평행한 수평부; 로 이루어지되, 상기 수직부와 수평부는 반복적으로 연장 형성되어 상기 진동판에 결합된다.
상기 진동판의 하부에 결합되어 상기 진동판과 함께 진동하는 중량체를 더 포함하여 이루어지되, 상기 중량체에는 측방향으로 걸림돌기가 돌출 형성되고, 상기 케이스에는 상기 걸림돌기의 상하 이동거리를 제한하는 걸림홈이 형성된다.
본 발명에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터는 다음과 같은 효과가 있다.
실질적으로 진동이 이루어지는 진동부재가 길어 보다 확실한 진동을 발생시킬 수 있음에도 전자기기에서 차지하는 공간이 크지 않을 뿐만 아니라 진동력을 증대시키면서도 저전력을 소모하므로 전자기기의 소형화에 유리하다.
압전소자가 결합된 진동부에 걸림돌기가 돌출 형성되어 진동부의 상하 및 측방향 이동거리가 제한됨으로써, 외부의 강한 충격에도 진동부의 과도한 변형에 의한 소성변형을 방지하여 내충격성을 향상시킬 수 있다.
또한, 압전소자가 결합된 진동부에 걸림돌기가 돌출 형성되어 진동부의 상하 및 측방향 이동거리가 제한됨으로써, 압전소자의 과도한 변형을 제한하여 압전소자의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 진동판의 하부에 비중이 큰 텅스텐으로 이루어진 중량체가 결합되어 함께 진동함으로써, 더 긴 주기의 진동에서도 진동부의 공진주파와 일치하게 되어 전력소모를 줄이면서 진동력을 증대시킬 수 있다.
또한, 2개의 압전소자는 진동판의 중심부를 기준으로 상호 이격됨으로써, 변형이 최대로 발생하는 진동판의 중심부에 의해 압전소자가 과도하게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 진동판의 상부 및 중량체의 하부에 제1댐퍼와 제2댐퍼가 결합되어 진동부의 진동시 베이스 및 커버에 접하게 됨으로써, 진동부의 진동시에 발생하는 충격을 흡수하여 감소시킬 수 있다.
베이스에서 돌출 형성된 지지부가 진동판을 탄성지지하여 외부 충격 발생시 지지부가 진동판과 함께 휨 변형되면서 진동판의 휨 변형을 감소시키기 때문에 외부의 강한 충격에도 진동판의 과도한 변형에 의한 소성변형을 방지하여 내충격성을 향상시킬 수 있다.
또한, 지지부의 두께는 진동판의 두께보다 얇게 제작되어 외부로부터 강한 충격이 가해졌을 때, 지지부에 더 많은 변형이 발생하면서 진동판이 상하방향으로 진동함으로써, 진동판의 과도한 변형 및 압전소자의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 압전소자가 결합된 진동판에 걸림돌기가 돌출 형성된 중량체가 결합되어 진동판의 상하 이동거리가 제한됨으로써, 압전소자의 과도한 변형을 제한하여 압전소자의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 진동발생장치를 이용한 액추에이터의 측단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터에서 진동부재, 압전소자 및 중량체가 결합되어 있는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터에 적용되는 진동부재의 일부 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 구성요소에 베이스부재가 결합되어 있는 모습을 보여주는 종단면도.
도 6은 도 2의 A-A 단면도로서, 도 6의 (a)는 작동 전의 모습을 보여주는 도면이고, 도 6의 (b)는 진동부재가 상방향으로 진동하는 모습을, 도 6의 (c)는 진동부재가 하방향으로 진동하는 모습을 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 사시도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 분해사시도,
도 9는 도 2의 B-B선을 취하여 본 단면도,
도 10은 도 2의 C-C선을 취하여 본 단면도,
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 사시도,
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 분해사시도,
도 13은 도 2의 D-D선을 취하여 본 단면도,
도 14는 도 2의 E-E선을 취하여 본 단면도이다.
<제1실시예>
이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1에는 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터가 개략적으로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터에서 진동부재, 압전소자 및 중량체가 결합되어 있는 모습이 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터에 적용되는 진동부재의 일부 모습이 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 구성요소에 베이스부재가 결합되어 있는 모습이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 바이브레이터는 도 1에 도시된 바와 같이 진동부재(110), 압전소자(130), 전원부(미도시), 중량체(150), 베이스부재(170) 및 커버부재(180)를 모두 포함하여 이루어지거나 이들 중의 일부만을 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 상기한 과제의 해결수단편 및 특허청구범위에 구분되어 있다. 이하에서는, 도 1에 도시되어 있는 바이브레이터의 분해 사시도를 토대로 본 발명이 설명된다. 여기서, 커버부재(180)는 바이브레이터를 이루는 필수구성은 아니며, 단지 외관을 이루기 위해서 요구되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 하나의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터는 진동부재(110), 압전소자(130), 전원부(미도시), 중량체(150) 및 베이스부재(170)를 포함한다.
진동부재(110)는 크게 도면부호 112, 114 및 116으로 도시되어 있는 가동부와 도면부호 20으로 도시되어 있는 고정부로 구성된다. 상기 가동부(112, 114 및 116)의 일단(116)과 상기 고정부(120)의 일단(122)은 서로 연장되는 형태로 결합된다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술된다.
진동부재(110)에 포함되는 상기한 가동부(112, 114 및 116)는 도시된 바와 같이 수평방향으로 구비되는 제1가동면(112), 각각이 상기 제1가동면(112)의 양단으로부터 하향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면(114) 그리고 각각이 상기 제2가동면(114)으로부터 가동부(112, 114 및 116)의 내측으로 수평방향으로 절곡되어 연장 형성된 제3가동면(116)으로 구성된다. 이러한 진동부재(110) 또는 이에 포함되는 가동부는 적어도 압전소자(130)의 휨 변형에 연동하여 함께 휨 변형될 수 있는 재질로 구성되고/거나 두께를 가져야 한다. 본 명세서를 완벽하게 숙지한 당업자라면 이의 재질 및/또는 두께를 충분히 고려하여 선택할 수 있을 것이다.
제1가동면(112)의 상면에는 도시된 바와 같이 점착제에 의해 형성되는 점착층(32)의 점착력에 의해 압전소자(130)가 면접촉하여 결합된다. 본 제1실시예에서는 압전소자(130)가 제1가동면(112)의 상면에 결합되어 있지만, 제1가동면(112)의 하면에도 결합될 수 있음은 물론이다. 또한, 제2가동면(114)과 제3가동면(116) 중의 어느 하나 또는 모두에도 결합될 수 있다. 이들 모두 본 발명의 범위에 속한다.
압전소자(130)에 전원이 인가되면, 압전소자(130)가 휨 변형되고, 이러한 압전소자(130)에 발생된 휨 변형에 연동하여 압전소자(130)가 결합되어 있는 제1가동면(112)도 휨 변형된다.
이에 따라, 제1가동면(112)에 연장되어 있는 제2가동면(114)과 제2가동면(114)에 연장되어 있는 제3가동면(116)이 순차적으로 휨 변형되어, 이들이 포함되는 진동부재(110)가 진동하게 된다. 이렇게 발생된 가동부(112, 114 및 116)의 진동은 후술되는 고정부(120)를 거쳐 베이스부재(170)에 전달되고, 베이스부재(170)에 전달된 진동은 최종적으로 진동시키고자 하는 대상물에 전달된다. 본 제1실시예에서는 고정부(120)와 베이스부재(170)가 별도로 구비되어 체결부재(76)에 의해 결합되어 있지만, 고정부(120)와 베이스부재(170) 없이 가동부(112, 114 및 116)의 일단(116)이 진동시키고자 하는 대상물에 직접 결합되어 진동시킬 수도 있을 것이다. 이러한 경우에는 가동부(112, 114 및 116)의 제3가동면이 상하방향으로 어떠한 장애 없이 진동할 수 있는 하부 공간이 요구된다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 후술된다. 본 발명에서 사용되는 압전소자(130)는 그 자체로 널리 공지되어 있어 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도시되어 있지는 않지만, 압전소자(130)에는 전원을 인가시키기 위한 전원부가 전기적으로 연결된다.
제1가동면(112)은 도시된 바와 같이 제2가동면(114) 및/또는 제3가동면(116) 보다 길게 형성된다. 이와 관련하여, 제1가동면(112)에 결합된 압전소자(130)가 휨 변형될 때 상기한 바와 같이 제1가동면(112)도 함께 휨 변형되는데, 이때 제1가동면(112)의 길이가 길어지게 되면, 제1가동면(112)의 휨 변형폭이 커져 보다 큰 진동을 발생시킬 수 있게 된다.
가동부(112, 114 및 116)의 양단, 즉, 제3가동면(116)에는 상기한 바와 같이 베이스부재(170)에 결합되는 각각의 고정부(120)가 연장 형성된다.
이러한 각각의 고정부(120)는 도시된 바와 같이 상기한 제3가동면(116)으로부터 평행하게 연장 형성되는 내측 고정편(122)과 각각이 상기 내측 고정편(122)의 측면에서 외측 방향으로 상향 절곡되어 형성된 외측 고정편(123)으로 구성된다.
외측 고정편(123)의 바깥쪽 부분, 즉, 제2가동면(114) 방향으로 연장 형성된 부분 중 제2가동면(114)과 상기 내측 고정편(122) 사이 부분은 도면부호 176으로 도시되어 있는 체결부재에 의해 베이스부재(170)와 결합된다. 본 발명에 속하기는 하지만, 만약 외측 고정편(123)의 안쪽 부분을 통해 베이스부재(170)와의 결합이 이루어지는 경우에는 진동부재(110)의 제1가동면(112)과 제3가동면(116)이 이들의 체결을 위해 끼워지는 체결부재(76)에 충돌할 가능성이 높아져 진동부재(110)의 진동을 제한할 가능성이 있게 된다. 이와 같은 이유로, 진동부재(110)의 보다 확실한 진동을 보장하기 위해서는 상기한 바와 같이 외측 고정편(123)의 바깥쪽 연장부를 통해 베이스부재(170)와의 결합이 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
이와 같이 고정부(120)를 베이스부재(170)에 고정시키기 위해서는, 상기한 외측 고정편(123)에는 도면부호 124로 도시되어 있는 체결공이 형성되고, 베이스부재(170)에는 도시된 바와 같은 체결공(124)이 형성되어 있는 수직 고정편(174)이 구비된다. 베이스부재(170)의 수직 고정편(174)에 대하여 진동부재(110)의 외측 고정편(123)을 체결할 때에는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 적어도 진동부재(110)의 제3가동면(116)이 압전소자(130)의 휨 변형에 의해 장애 없이 상하 방향으로 자유롭게 움직일 수 있도록 상기 제3가동면(116)이 상기 베이스부재(170)로부터 이격되게 결합하여야 한다. 이는 압전소자(130)의 휨 변형에 따라 진동부재(110)의 제1가동면(112)에서부터 제3가동면(116)까지 모두 진동하도록 하여 작은 공간에서 더 큰 진동이 일어나게 하기 위함이다. 본 제1실시예에서는 고정부(120)가 베이스부재(170)에 결합되어 있으나, 상기한 바와 같이 베이스부재(170) 없이 진동시키고자 하는 대상물에 고정부(120)가 직접 결합될 수 있음은 물론이다.
진동부재(110)의 제1가동면(112) 하부에는 도시된 바와 같이 중량체(150)가 상기 제1가동면(112)과 이격되게 결합된다. 보다 구체적으로, 제1가동면(112)의 양 측면에는 도시된 바와 같은 중량체 결합판(122)이 구비되고, 중량체 결합판(122)에 대응되는 중량체(150)의 측면에는 상기 중량체 결합판(122)이 끼움 결합될 수 있는 결합홈(158)이 형성된다. 중량체(150)는 이의 측면에 형성되어 있는 결합홈(158)에 제1가동면(112)의 양 측면으로 구비되는 중량체 결합판(122)을 끼움 결합시킴으로써 제1가동면(112)의 측면에 이격되게 결합된다. 중량체(30)는 상기 진동부재(110)의 진동시 진동발생량을 더욱 크게 하는 역할을 한다. 제1가동면(112)과 중량체(150)를 이격하여 배치하는 것은 압전소자(130)에 의해 제1가동면(112)이 상방향으로 휨 변형될 때 중량체(150)의 상측 모서리부가 접촉되지 않게 함으로써 진동부재(110)로 하여금 보다 자유로운 진동이 유발되게 하기 위함이다.
이와 같이 상면에 압전소자(130)가 결합된 진동부재(110)와 베이스부재(170)간의 체결이 이루어진 후에는 도시된 바와 같이 커버부재(180)가 상기 베이스부재(170)에 결합된다. 커버부재(180)와 베이스부재(170)간의 결합을 위해, 베이스부재(170)의 양단과 이에 대응되는 커버부재(180)의 양단에는 체결홈(188)이 각각 형성되며, 이들 체결홈(188)을 통해 도면부호 78로 도시되어 있는 체결부재가 끼워짐으로써 최종적으로 커버부재(180)가 베이스부재(170)에 장착된다.
도 5에는 도 2의 A-A 단면이 도시되어 있다. 특히, 도 5의 (a)에는 작동 전의 단면 모습이 도시되어 있고, 도 5의 (b)에는 진동부재가 상방향으로(upward) 진동하는 단면 모습이 도시되어 있으며, 도 5의 (c)에는 진동부재가 하방향으로(downward) 진동하는 단면 모습이 도시되어 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 바이브레이터는 압전소자(130)에 전원이 인가되기 전에는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 진동부재(110)의 어떠한 변형도 없이 유지되다가 압전소자(130)에 전원이 인가되면 이의 휨 변형에 연동하여 도 5의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 진동부재(110)도 휨 변형되어 상하 방향으로 움직이게 된다.
이때, 진동부재(110)가 상방향으로 움직일 때에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제1가동면(112)의 상방향 움직임 뿐만 아니라 제2가동면(114)의 내측방향 움직임과 제3가동면(116)의 상방향 움직임이 동시에 일어난다. 반대로, 진동부재(110)가 하방향으로 움직일 때에는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 제1가동면(112)의 하방향 움직임 뿐만 아니라 제2가동면(114)의 외측방향 움직임과 제3가동면(116)의 하방향 움직임이 동시에 일어난다. 즉, 이와 같은 본 발명의 구성에서 진동부재(110)의 실질적인 진동은 제1가동면(112)에서부터 제3가동면(116)까지 이루어지지만, 각각의 가동면(12, 14, 16)이 일직선을 이루고 있을 때 보다 상당히 작은 공간만이 요구되는 것이다.
이때, 제3가동면(116)의 하면이 상기한 바와 같이 진동시키고자 하는 대상물 또는 베이스부재(170)와 충분히 이격되어 있어 진동부재(110)의 상방향 움직임을 제한하지 않는다(도 5 참조). 또한, 제1가동면(112)도 상기한 바와 같이 중량체(150)로부터 충분히 이격되어 있어 진동부재(110)의 상방향 움직임을 제한하지 않는다(도 4 참조).
또한, 본 발명은 상기 전원부를 제어하여 상기 압전소자(130)에 인가되는 전원을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 압전소자(130)에 인가되는 전압의 파형은 예를 들어 사인파, 삼각파, 사각파 등의 다양한 파형 형태로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 압전소자(130)에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재(110)의 고유진동수와 일치하는 공진주파수가 되도록 한다. 이로 인해 상기 압전소자(130)에 전압이 인가되면, 인가되는 전압의 주파수가 상기 진동부재(110)의 고유진동수와 일치하기 때문에, 상기 진동부재(110)의 변위량을 극대화하여 진동특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 압전소자(130)에 인가되는 전압의 주파수는 100 ~ 350 Hz임이 바람직하다. 즉, 상기 진동부재(110)의 고유진동수는 100 ~ 350 Hz사이의 주파수이고, 상기 압전소자(130)에 인가되는 전압의 주파수도 100 ~ 350 Hz이기 때문에, 공진현상에 의해 상기 진동부재(110)의 변위량을 크게 할 수 있다.
<실시예2>
도 7는 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 분해사시도이며, 도 9는 도 7의 B-B선을 취하여 본 단면도이고, 도 10는 도 7의 C-C선을 취하여 본 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터는 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 케이스(210), 진동부(220), 압전소자(230), 전원부(240), 제1댐퍼(250) 및 제2댐퍼(260)로 이루어진다.
상기 케이스(210)는 상면 또는 하면이 진동 발생 대상물에 결합되고, 베이스(210a)와 상기 베이스(210a)에 결합되는 커버(210b)로 이루어진다.
상기 베이스(210a)는 하면이 상기 대상물에 면접하여 고정되고, 상부가 개방되어 내부에 상기 진동부(220), 압전소자(230), 전원부(240), 제1댐퍼(250) 및 제2댐퍼(260)가 삽입 배치된다.
상기 커버(210b)는 상기 베이스(210a)에 결합되어 상기 베이스(210a)의 상부를 덮는다.
이러한 상기 케이스(210)에는 상기 진동부(220)에 형성된 걸림돌기(225)의 상하 및 측방향 이동거리를 제한하는 걸림홈(211)이 형성된다.
구체적으로 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(210a)의 측면 상단에는 하방향으로 오목한 홈(211a)이 형성되고, 상기 커버(210b)에는 상기 베이스(210a)에 형성된 홈(211a)에 삽입되는 돌기(11b)가 형성되어, 상호 결합된 상기 베이스(210a)와 커버(210b) 사이에 상기 걸림홈(211)이 형성된다.
상기 걸림홈(211)에는 상기 걸림돌기(225)가 삽입 배치된다.
이러한 상기 걸림홈(211)의 상하 이격 거리는 상기 걸림돌기(225)의 상하 두께보다 길게 형성되어 상기 걸림홈(211)에서 상기 걸림돌기(225)가 상하 이동하며, 상기 걸림홈(211)에 의해 상기 걸림돌기(225)의 상하 및 측방향 이동거리가 제한된다.
더욱 구체적인 설명은 상기 걸림돌기(225)와 함께 후술하도록 한다.
한편, 상기 케이스(210)에는 상기 걸림홈(211)을 형성하지 않고 상기 걸림돌기(225)의 상하 이동을 제한할 수 있도록 내측방향으로 별도의 돌기를 형성할 수도 있으나, 본 제2실시예와 같이 상기 케이스(210)에 상기 걸림홈(211)을 형성하여 상기 걸림돌기(225)가 삽입 배치되도록 함으로써 상기 케이스(210)의 전체 부피를 최소화할 수 있다.
상기 진동부(220)는 상기 케이스(210)의 내부에 결합되며, 측방향으로 상기 걸림돌기(225)가 돌출 형성된다.
구체적으로 상기 진동부(220)는 진동판(221)과 중량체(222)로 이루어진다.
상기 진동판(221)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 평판 형상으로 형성되고, 양단이 하향 절곡된 후 상호 마주보는 방향으로 절곡된다.
즉, 상기 진동판(221)의 양단은 상호 마주보는 방향으로 개방된 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 상기 베이스(210a)에 결합된다.
그리고 상기 진동판(221)은 상부에 상기 압전소자(230)가 결합되어 상기 압전소자(230)에 의해 진동한다.
상기 중량체(222)는 상기 진동판(221)의 하부에 결합되어 상기 진동판(221)과 함께 진동하며, 증량부(223)와 커넥터(24)로 이루어진다.
상기 증량부(223)는 텅스텐 재질로 이루어지고, 상기 커넥터(24)에 의해 상기 진동판(221)의 하부에 결합된다.
텅스텐은 비중이 14~19.5 정도로 7~8 정도의 비중을 갖는 철 및 기타 금속에 비해 비중이 매우 크다.
따라서 상기 증량부(223)는 비중이 큰 텅스텐 재질로 이루어져, 타 금속재질에 비해 상기 증량부(223)의 부피를 증가시키지 않고도 상기 진동부(220)의 질량을 더욱 증가시키거나 동일한 질량에서 부피를 더 작게 형성할 수 있다.
그리고 상기 증량부(223)의 질량이 증가하면 상기 진동부(220)의 공진주파수가 작아지게 되어, 상기 압전소자(230)에 의해 상기 진동부(220)가 진동할 때 공진현상에 의한 진동력의 증대가 용이하다.
상기 커넥터(24)는 전술한 바와 같이 상기 증량부(223)를 상기 진동판(221)에 결합시키고, 상기 걸림돌기(225)가 일체로 돌출 형성된다.
상기 커넥터(24)는 상기 증량부(223)와 일체로 형성되어 상기 진동판(221)에 결합될 수 있으나, 상기 증량부(223)는 텅스텐 재질로 이루어져 가공이 어렵기 때문에 가공이 용이한 재질로 그 형상을 가공하여 상기 증량부(223)와 진동판(221)을 결합시킨다.
상기 걸림돌기(225)는 전술한 바와 같이 측방향으로 돌출 형성되어 상기 걸림홈(211)에 삽입 배치되며, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 걸림홈(211)의 상면(R) 또는 하면(F)에 접하여 상하 이동거리가 제한된다.
또한, 상기 걸림돌기(225)는 상기 걸림홈(211)에 삽입 배치되어 측방향 즉, 상기 진동판(221)의 길이방향 이동이 제한된다.
그리고 도 10(a)에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(230)에 전류가 인가되기 전의 상태에서, 상기 걸림돌기(225)와 상기 걸림홈(211)의 상면(R) 사이의 거리는 상기 압전소자(230)와 커버(210b) 사이의 거리보다 짧고, 상기 걸림돌기(225)와 상기 걸림홈(211)의 하면(F) 사이의 거리는 상기 증량부(223)와 베이스(210a) 사이의 거리보다 짧다.
이와 같이 상기 걸림돌기(225)가 상기 걸림홈(211)에 삽입되어 상하 이동거리가 제한됨으로써, 외부의 강한 충격에도 상기 진동판(221)의 과도한 변형에 의한 소성변형을 방지하여 내충격성을 향상시킬 수 있다.
특히, 바이브레이터의 제작 후 제품에 발생할 수 있는 강한 충격에 대한 테스트를 위하여 제품을 자유낙하시키는 낙하실험시에도 상기 진동판(221)이 충격에 의해 소성변형되지 않고 정상적으로 작동되며 진동할 수 있다.
따라서 전술한 바와 같은 바이브레이터가 장착된 휴대단말기 등의 일반적인 사용환경에서도 외부 충격에 강한 특성을 갖게 된다.
또한, 상기 걸림돌기(225)의 상하 및 측방향 이동거리가 제한됨으로써, 상기 진동부(220)에 결합된 상기 압전소자(230)의 과도한 변형을 제한하여 상기 압전소자(230)의 파손을 방지할 수 있다.
상기 압전소자(230)는 외부 충격시 상기 진동판(221)에 결합된 상기 증량부(223)에 의해 상기 진동판(221)을 진동시키기 위한 변형량보다 더 많이 변형되기 때문에 탄성 한계점을 초과하여 파손될 수 있다.
이에 따라 전술한 바와 같이 상기 걸림돌기(225)에 의해 상기 압전소자(230)가 결합된 상기 진동부(220)의 상하 및 측방향 이동거리를 제한하여 상기 압전소자(230)에 과도한 변형이 발생하는 것을 방지하도록 하였다.
상기 압전소자(230)는 상기 진동부(220)에 결합되어 휨 변형되면서 상기 진동부(220)를 상하방향으로 진동시킨다.
구체적으로 상기 압전소자(230)는 상기 진동판(221)에 면접촉하여 결합되고, 상기 전원부(240)로부터 전원을 인가받아 상하 방향으로 휨 변형된다.
그리고 휨 변형되는 상기 압전소자(230)에 의해 상기 진동판(221)이 상하 방향으로 진동하게 된다.
이때, 상기 증량부(223)가 함께 진동하게 되고, 상기 압전소자(230)에 의해 발생된 진동주파수와 상기 진동부(220)의 고유진동수가 일치하게 되면 공진현상에 의해 진동력이 증대된다.
그리고 전술한 바와 같이 상기 증량부(223)는 타 소재에 비해 비중이 큰 텅스텐으로 이루어지기 때문에 진동력을 증대시키거나 혹은 전력소모들 감소시킬 수 있다.
이와 같이 상기 진동부(220)의 진동력이 증대됨에 따라 상기 압전소자(230)는 변형량이 증가하게 된다.
따라서 상기 진동부(220)와 함께 진동하는 상기 걸림돌기(225)를 상기 걸림홈(211)에 삽입 배치하여 상하 및 측방향 이동거리를 제한함으로써, 상기 압전소자(230)의 변형량을 제한하여 상기 압전소자(230)가 과도한 변형에 의해 파손되는 것을 방지하도록 하였다.
이러한 상기 압전소자(230)는 2개로 이루어져 상기 진동판(221)의 상부에 결합된다.
2개의 상기 압전소자(230)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 진동판(221)의 중심부를 기준으로 좌우 상호 이격 배치된다.
상기 압전소자(230)는 하나로 이루어져 상기 진동판(221)의 상부에 결합될 수도 있으나, 상기 진동판(221)의 진동시 상기 진동판(221)의 중심부에서 가장 많은 변형이 발생하기 때문에 상기 압전소자(230)를 상기 진동판(221)의 중심부로부터 이격시켜 휨 변형에 의한 파손을 방지하도록 하였다.
상기 제1댐퍼(250)는 상기 진동판(221)의 상부에 결합되어 2개의 상기 압전소자(230) 사이에 배치된다.
그리고 상기 제2댐퍼(260)는 상기 중량체(222)의 하부에 결합된다.
상기 제1댐퍼(250)와 제2댐퍼(260)는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 진동판(221)과 증량부(223)가 함께 진동할 때, 상기 베이스(210a)와 커버(210b)에 먼저 부딪히면서 충격을 흡수하여 상기 진동부(220)가 진동할 때 또는 상기 걸림돌기(225)가 상기 걸림홈(211)의 상면(R) 및 하면(F)에 부딪힐 때 발생하는 충격을 흡수하여 감소시킨다.
이하, 전술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
도 9(a) 및 도 10(a)는 상기 압전소자(230)에 전원이 인가되지 않은 초기 상태로 상기 압전소자(230) 및 진동부(220)의 변형이 없다.
이러한 상태에서 상기 압전소자(230)에 전원이 인가되면 상기 압전소자(230)에 휨 변형이 발생하게 되고, 도 9(b) 및 도 9(c)에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(230)에 의해 상기 진동부(220)가 상하로 진동하게 된다.
도 9(b)에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자(230)가 상방향으로 휨 변형되면 상기 진동판(221)이 상기 압전소자(230)와 함께 휨 변형되면서 상기 진동부(220)가 상승하게 된다.
이때, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1댐퍼(250)가 상기 커버(210b)에 먼저 접촉하여 압축되면서 상기 걸림돌기(225)가 상기 걸림홈(211)의 상면(11a)에 접하여 상기 진동부(220)의 상방향 이동을 제한하게 된다.
그리고 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자(230)가 하방향으로 휨 변형되면 상기 진동판(221)이 상기 압전소자(230)와 함께 휨 변형되면서 상기 진동부(220)가 하강하게 된다.
이때, 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 상기 제2댐퍼(260)가 상기 베이스(210a)에 먼저 접촉하여 압축되면서 상기 걸림돌기(225)가 상기 걸림홈(211)의 하면(11b)에 접하여 상기 진동부(220)의 하방향 이동을 제한하게 된다.
상술한 바와 같이 상기 압전소자(230)에 의해 진동하는 상기 진동부(220)는 상기 압전소자(230)의 진동주파수가 상기 진동부(220)의 고유진동수와 일치하여 공진현상이 발생하게 됨으로써, 그 진폭이 극대화되어 진동력이 증대된다.
이에 따라 전력소모를 줄이면서 상기 진동부(220)의 진동력을 증대시킬 수 있고, 강한 충격에 의한 상기 진동판(221)의 소성변형 및 상기 압전소자(230)의 파손을 방지할 수 있다.
<제3실시예>
도 11는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 사시도이고, 도 12은 본 발명의 제3실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터의 분해사시도이며, 도 13는 도 11의 D-D선을 취하여 본 단면도이고, 도 14는 도 11의 E-E선을 취하여 본 단면도이다.
도 14는 외부 충격 발생시 지지부가 탄성변형되면서 진동판이 상하방향으로 진동하는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 압전소자가 장착된 바이브레이터는 도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 케이스(310), 진동판(320), 중량체(330), 압전소자(340) 및 전원부(350)로 이루어진다.
상기 케이스(310)는 상면 또는 하면이 진동 발생 대상물에 결합된다.
이러한 상기 케이스(310)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 베이스(311), 지지부(312) 및 커버(313)로 이루어진다.
상기 베이스(311)는 상기 대상물에 면접하여 고정되고, 상부가 개방되어 내부에 상기 진동판(320), 중량체(330), 압전소자(340)가 삽입 배치된다.
상기 지지부(312)는 상기 베이스(311)의 양측에서 각각 돌출 형성되고, 상기 진동판(320)의 양측이 결합되어 상기 진동판(320)을 상하방향으로 탄성지지한다.
이러한 상기 지지부(312)는 상기 베이스(311)의 양단에서 각각 상기 진동판(320)이 배치된 내측방향으로 돌출되어 수회 절곡 형성되고, 수직부(312a,312c,312e)와 수평부(312b,312d,312f)로 이루어진다.
상기 수직부(312a,312c,312e)는 상기 베이스(311)와 수직을 이루고, 상기 수평부(312b,312d,312f)는 상기 베이스(311)의 하면과 이격되어 상기 베이스(311)와 평행하게 배치된다.
구체적으로 상기 지지부(312)는 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(311)에서 돌출 형성되어 상기 베이스(311)와 수직을 이루는 제1수직부(312a), 상기 제1수직부(312a)에서 연장 형성되어 상기 베이스(311)와 평행하게 배치된 제1수평부(312b), 상기 제1수평부(312b)에서 연장 형성되어 상기 제1수평부(312b)와 수직을 이루는 제2수직부(312c), 상기 제2수직부(312c)에서 연장 형성되어 상기 베이스(311)와 평행하게 배치된 제2수평부(312d), 상기 제2수평부(312d)에서 연장 형성되어 상기 제2수평부(312d)와 수직을 이루는 제3수직부(312e), 상기 제3수직부(312e)에서 연장 형성되어 상기 베이스(311)와 평행하게 배치된 제3수평부(312f)로 이루어진다.
상기 제3수평부(312f)는 상기 제3수직부(312e)에서 상기 제2수직부(312c) 방향으로 절곡 형성되고 상기 진동판(320)이 결합된다.
이러한 상기 지지부(312)는 탄성체로 이루어지고, 두께가 상기 진동판(320)의 두께보다 얇다.
즉, 상기 지지부(312)는 상기 진동판(320)의 두께보다 얇게 이루어져 상기 진동판(320)이 휨 변형될 때 함께 휨 변형되면서 상기 진동판(320)의 휨 변형을 감소시킨다.
이에 따라 외부로부터 강한 충격이 가해졌을 때, 상기 지지부(312)와 함께 상기 진동판(320)이 상하방향으로 진동하게 됨으로써 상기 진동판(320)이 과도하게 휨 변형되어 소성변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 진동판(320)에 결합된 압전소자(340)가 상기 진동판(320)과 함께 과도하게 휨 변형되면서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
경우에 따라 상기 진동판(320)과 지지부(312)에 두께 차이를 두지 않고 상기 진동판(320)을 상기 지지부(312)보다 강성이 큰 재질로 제작하여 상기 지지부(312)가 더 많이 변형되도록 할 수도 있다.
한편, 본 제3실시예에서는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 지지부(312)의 형상을 특정하였지만 상기 지지부(312)는 전술한 형상에 국한되지 않고 다양한 형상으로 형성하여 상기 진동판(320)을 탄성지지하도록 할 수도 있다.
상기 커버(313)는 상기 베이스(311)에 결합되어 상기 베이스(311)의 상부를 덮는다.
이러한 상기 케이스(310)에는 상기 진동판(320)에 형성된 걸림돌기(333)의 상하 이동거리를 제한하는 걸림홈(314)이 형성된다.
구체적으로 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(311)의 측면 상단에는 하방향으로 오목한 홈(314a)이 형성되고, 상기 커버(313)에는 상기 베이스(311)에 형성된 홈(314a)에 삽입되는 돌기(314b)가 형성되어, 상호 결합된 상기 베이스(311)와 커버(313) 사이에 상기 걸림홈(314)이 형성된다.
상기 걸림홈(314)에는 상기 걸림돌기(333)가 삽입 배치된다.
이러한 상기 걸림홈(314)의 상하 이격 거리는 상기 걸림돌기(333)의 상하 두께보다 길게 형성되어 상기 걸림홈(314)에서 상기 걸림돌기(333)가 상하 이동하며, 상기 걸림홈(314)에 의해 상기 걸림돌기(333)의 상하 이동거리가 제한된다.
더욱 구체적인 설명은 상기 걸림돌기(333)와 함께 후술하도록 한다.
한편, 상기 케이스(310)에는 상기 걸림홈(314)을 형성하지 않고 상기 걸림돌기(333)의 상하 이동을 제한할 수 있도록 내측 방향으로 별도의 돌기를 형성할 수도 있으나, 본 제3실시예와 같이 상기 케이스(310)에 상기 걸림홈(314)을 형성하여 상기 걸림돌기(333)가 삽입 배치되도록 함으로써 상기 케이스(310)의 전체 부피를 최소화할 수 있다.
상기 진동판(320)은 양단이 상기 지지부(312)에 결합되어 상기 케이스(310)의 내부에 배치된다.
상기 진동판(320)은 평판 형상으로 형성되고, 전술한 바와 같이 두께가 상기 지지부(312)의 두께보다 두껍다.
이에 따라 외부 충격에 의해 상기 진동판(320)보다 두께가 얇은 상기 지지부(312)가 상기 진동판(320)과 함께 휨 변형되면서 상기 진동판(320)의 휨 변형을 감소시키기 때문에 외부 충격에 의해 상기 진동판(320)이 탄성한계점 이상 과도하게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 상기 진동판(320)은 상부에 상기 압전소자(340)가 결합되어 상기 압전소자(340)와 함께 휨 변형되면서 상하방향으로 진동한다.
상기 중량체(330)는 상기 진동판(320)의 하부에 결합되어 상기 진동판(320)과 함께 진동한다.
이러한 상기 중량체(330)는 증량부(331)와 커넥터(332)로 이루어진다.
상기 증량부(331)는 텅스텐 재질로 이루어지고, 상기 커넥터(332)에 의해 상기 진동판(320)의 하부에 결합된다.
텅스텐은 비중이 14~19.5 정도로 7~8 정도의 비중을 갖는 철 및 기타 금속에 비해 비중이 매우 크다.
따라서 상기 증량부(331)는 비중이 큰 텅스텐 재질로 이루어져, 타 금속재질에 비해 상기 증량부(331)의 부피를 증가시키지 않고도 상기 진동판(320)의 질량을 더욱 증가시키거나 동일한 질량에서 부피를 더 작게 형성할 수 있다.
그리고 상기 증량부(331)의 질량이 증가하면 상기 증량부(331)를 포함한 상기 진동판(320)의 고유진동수가 작아지게 되어, 상기 압전소자(340)에 의해 상기 진동판(320)이 진동할 때 공진형상에 의한 진동력의 증대가 용이하다.
상기 커넥터(332)는 상기 증량부(331)를 상기 진동판(320)에 결합시키고, 상기 걸림돌기(333)가 일체로 돌출 형성된다.
상기 커넥터(332)는 상기 증량부(331)와 일체로 형성되어 상기 진동판(320)에 결합될 수 있으나, 상기 증량부(331)는 텅스텐 재질로 이루어져 가공이 어렵기 때문에 상기 커넥터(332)를 가공이 용이한 재질로 그 형상을 가공하여 상기 증량부(331)와 진동판(320)을 결합시킨다.
상기 걸림돌기(333)는 전술한 바와 같이 측방향으로 돌출 형성되어 상기 걸림홈(314)에 삽입 배치되며, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 걸림홈(314)의 상면 또는 하면에 접하여 상하 이동거리가 제한된다.
그리고 도 14에 도시된 바와 같이 상기 외부 충격과 같은 외력이 작용하지 않을 때 또는 상기 압전소자(340)에 전류가 인가되기 전의 상태에서, 상기 걸림돌기(333)와 상기 걸림홈(314)의 상면 사이의 거리는 상기 압전소자(340)와 커버(313) 사이의 거리보다 짧고, 상기 걸림돌기(333)와 상기 걸림홈(314)의 하면 사이의 거리는 상기 증량부(331)와 베이스(311) 사이의 거리보다 짧다.
이와 같이 상기 걸림돌기(333)가 상기 걸림홈(314)에 삽입되어 상하 이동거리가 제한됨으로써, 외부의 강한 충격에도 상기 진동판(320)의 과도한 변형에 의한 소성변형을 방지하여 내충격성을 향상시킬 수 있다.
특히, 바이브레이터의 제작 후 제품에 발생할 수 있는 강한 충격에 대한 테스트를 위하여 제품을 자유낙하시키는 낙하실험에서도 상기 진동판(320)이 충격에 의해 소성변형되지 않고 정상적으로 작동되며 진동할 수 있다.
따라서 전술한 바와 같은 바이브레이터가 장착된 휴대단말기 등의 일반적인 사용환경에서도 외부 충격에 강한 특성을 갖게 된다.
또한, 상기 걸림돌기(333)의 상하 이동거리가 제한됨으로써, 상기 진동판(320)에 결합된 상기 압전소자(340)의 과도한 변형을 제한하여 상기 압전소자(340)의 파손을 방지할 수 있다.
상기 압전소자(340)는 상기 진동판(320)에 결합된 상기 증량부(331)에 의해 상기 진동판(320)을 진동시키기 위한 변형량보다 더 많이 변형되기 때문에 상기 증량부(331)에 의한 진동력의 증대로 변형량이 증가하여 파손될 수 있다.
이에 따라 전술한 바와 같이 상기 걸림돌기(333)에 의해 상기 압전소자(340)가 결합된 상기 진동판(320)의 상하 이동거리를 제한하여 상기 압전소자(340)에 과도한 변형이 발생하는 것을 방지하도록 하였다.
상기 압전소자(340)는 상기 진동판(320)에 결합되어 휨 변형되면서 상기 진동판(320)을 상하방향으로 진동시킨다.
구체적으로 상기 압전소자(340)는 상기 진동판(320)에 면접촉하여 결합되고, 상기 전원부(350)로부터 전원을 인가받아 상하방향으로 휨 변형된다.
그리고 휨 변형되는 상기 압전소자(340)에 의해 상기 진동판(320)이 상하방향으로 진동하게 된다.
상기 진동판(320)이 상하방향으로 진동하면 상기 진동판(320)이 결합된 상기 지지부(312)가 휨 변형되면서 상하방향으로 진동하게 된다.
즉, 수직부와 수평부가 각각 상하방향으로 휨 변형되면서 상기 진동판(320)이 진동함으로써, 상기 진동판(320) 및 압전소자(340)의 휨 변형량을 감소시켜도 상기 진동판(320)의 총 상하 변위를 동일하게 유지할 수 있다.
이때, 상기 증량부(331)가 함께 진동하게 되고, 상기 압전소자(340)에 의해 발생된 진동주파수와 상기 증량부(331)를 포함한 상기 진동판(320)의 고유진동수가 일치하게 되면 공진현상에 의해 진동력이 증대된다.
그리고 전술한 바와 같이 상기 증량부(331)는 타 소재에 비해 비중이 큰 텅스텐으로 이루어지기 때문에 상기 증량부(331)를 포함한 상기 진동판(320)의 고유진동수가 작아지게 되어 진동력을 증대시키거나 혹은 전력소모를 감소시킬 수 있다.
이와 같이 상기 진동판(320)의 진동력이 증대됨에 따라 상기 압전소자(340)는 변형량이 증가하게 된다.
따라서 상기 진동판(320)과 함께 진동하는 상기 걸림돌기(333)를 상기 걸림홈(314)에 삽입 배치하여 상하 이동거리를 제한함으로써, 상기 압전소자(340)의 변형량을 제한하여 상기 압전소자(340)가 과도한 변형에 의해 파손되는 것을 방지하도록 하였다.
이러한 상기 압전소자(340)는 2개로 분리하여 상기 진동판(320)의 중심부를 기준으로 좌우 상호 이격 배치시킬 수도 있다.
상기 진동판(320)의 진동시 상기 진동판(320)의 중심부에서 가장 많은 변형이 발생하기 때문에 상기 압전소자(340)를 상기 진동판(320)의 중심부로부터 이격시켜 과도한 휨 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 진동판(320)의 상부 및 상기 증량부(331)의 하부에 댐퍼를 결합시켜 상기 진동판(320)의 상하 진동시 발생하는 충격을 흡수하여 감소시킬 수도 있다.
이하, 전술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
도 13는 상기 압전소자(340)에 전원이 인가되지 않은 초기 상태로 상기 압전소자(340) 및 진동판(320)의 변형이 없다.
이러한 상태에서 상기 압전소자(340)에 전원이 인가되면 상기 압전소자(340)에 휨 변형이 발생하게 되고, 상기 압전소자(340)에 의해 상기 진동판(320)이 상하로 진동하게 된다.
상기 압전소자(340)가 상방향으로 휨 변형되면 상기 진동판(320)이 상기 압전소자(340)와 함께 휨 변형되고, 상기 진동판(320)이 결합된 상기 제3수평부(312f) 및 제1수직부(312a), 제1수평부(312b), 제2수직부(312c), 제2수평부(312d), 제3수직부(312e)가 각각 휨 변형되면서 상기 진동판(320)이 상하로 진동하게 된다.
상기 지지부(312)는 두께가 상기 진동판(320)보다 얇기 때문에 상기 진동판(320)과 함께 휨 변형되면서 상하방향으로 진동하기 용이하다.
상술한 바와 같이 상기 압전소자(340)에 의해 진동하는 상기 진동판(320)은 상기 압전소자(340)의 진동주파수가 상기 증량부(331)를 포함한 상기 진동판(320)의 고유진동수와 일치하게 되면 공진현상이 발생하게 됨으로써, 그 진폭이 극대화되어 진동력이 증대된다.
이에 따라 전력소모를 줄이면서 상기 진동판(320)의 진동력을 증대시킬 수 있다.
한편, 사용자의 부주의 등에 의해 외부에서 강한 충격이 발생하면, 상기 진동판(320)에 탄성한계점 이상의 외력이 작용하여 상기 진동판(320)이 소성변형될 우려가 있다.
이때, 도 14(b) 및 도 14(c)에 도시된 바와 같이, 상기 걸림돌기(333)에 의해 상기 진동판(320)의 상하 이동거리가 제한됨으로써, 상기 진동판(320)이 과도하게 휨 변형되어 소성변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 외부 충격에 의해 상기 진동판(320)이 상하로 진동할 때, 상기 진동판(320)보다 두께가 얇은 상기 지지부(312)가 상기 진동판(320)과 함께 휨 변형되면서 상기 진동판(320)의 휨 변형을 감소시키기 때문에 상기 진동판(320)의 과도한 변형 및 상기 압전소자(340)의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명인 압전소자가 장착된 바이브레이터는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (24)

  1. 평판 형상으로 이루어져 양단이 대상물에 결합되는 진동부재와;
    상기 진동부재의 상면 또는 하면에 결합되는 압전소자와;
    상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하여 이루어지되,
    상기 진동부재는,
    수평방향으로 구비되는 제1가동면 및 각각이 상기 제1가동면의 양단으로부터 하향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면을 포함하여 이루어지는 가동부와;
    상기 가동부의 양단에 연장 형성되어 상기 대상물에 결합되는 고정부로 이루어지고,
    상기 압전소자는 상기 제1가동면에 면접촉하여 결합되어, 상기 전원부로부터 전원이 공급되면 휨 변형되어 상기 가동부를 변형시켜 상하 방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동부는, 일단이 상기 제2가동면으로부터 가동부의 내측으로 수평방향으로 절곡되어 연장 형성된 제3가동면을 더 포함하고, 상기 제3가동면의 타단이 상기 고정부에 연장 결합되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    각각의 상기 고정부는,
    상기 제3가동면으로부터 평행하게 연장 형성된 내측 고정편과; 각각이 상기 내측 고정편의 측면에서 외측방향으로 상향 절곡되어 형성된 외측 고정편으로 이루어지며, 상기 대상물에 상기 외측 고정편이 결합되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 외측 고정편과 대상물을 결합시키는 체결부재를 더 포함하여 이루어지되, 상기 외측 고정편은 상기 제2가동면 방향으로 연장 형성되고, 상기 체결부재는 상기 제2가동면과 상기 내측 고정편 사이에서 상기 외측 고정편과 상기 대상물을 결합하는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1가동면의 길이는 상기 제2가동면과 제3가동면의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2가동면과 제3가동면의 폭은 상기 제1가동면의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1가동면의 하부에 중량체가 결합되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1가동면의 양 측면에 중량체 결합판이 구비되고, 상기 중량체 결합판 사이에 중량체가 끼움 결합되어 상기 제1가동면의 하면에 대하여 이격되게 결합되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 중량체 결합판에 대응되는 중량체의 측면에 상기 중량체 결합판에 대응되는 결합홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  10. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제3가동면은 상하 방향으로 움직일 수 있을 정도로 상기 대상물과 이격 배치되게 구성되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 진동부재의 하부에 배치되어 상기 진동부재를 상기 대상물에 결합시키는 베이스부재를 포함하여 이루어지되,
    상기 베이스부재에는 상기 고정부의 외측 고정편에 대응하는 위치에 수직 고정편이 구비되고, 상기 수직 고정편에 대하여 상기 외측 고정편이 결합되되, 상기 제3가동면이 상기 베이스부재의 상면과 이격되게 결합되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원부를 제어하여 상기 압전소자에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 압전소자는 상기 제어부에 의해 인가되는 전원에 의해 변형되어 상기 진동부재의 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수인 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  14. 상면 또는 하면이 진동 발생 대상물에 결합되는 케이스와;
    상기 케이스의 내부에 결합되는 진동부와;
    상기 진동부에 결합되어 휨 변형되면서 상기 진동부를 상하방향으로 진동시키는 압전소자와;
    상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부; 를 포함하여 이루어지되,
    상기 진동부에는 측방향으로 걸림돌기가 돌출 형성되고,
    상기 케이스에는 상기 걸림돌기의 상하 및 측방향 이동거리를 제한하는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 걸림홈은 상기 케이스의 측면에 형성되어 상기 걸림돌기가 삽입 배치되되,
    상기 걸림홈의 상하 이격 거리는 상기 걸림돌기의 상하 두께보다 길고,
    상기 걸림돌기는 상기 걸림홈의 상면 또는 하면에 접하여 상하 및 측방향 이동이 제한되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 진동부는,
    평판 형상으로 형성되고, 양단이 하향 절곡되어 상기 케이스에 결합되며, 상부에 상기 압전소자가 결합되어 상기 압전소자에 의해 진동하는 진동판과;
    상기 걸림돌기가 돌출 형성되고, 상기 진동판의 하부에 결합되어 상기 진동판과 함께 진동하는 중량체; 로 이루어지되,
    상기 걸림돌기에 의해 상기 압전소자의 변형이 제한되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 중량체는,
    증량부와;
    상기 증량부와 진동판을 결합시키는 커넥터; 로 이루어지되,
    상기 커넥터에는 상기 걸림돌기가 일체로 돌출 형성되고,
    상기 증량부는 텅스텐 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 압전소자는 2개로 이루어져 상기 진동판의 상부에 결합되되,
    2개의 상기 압전소자는 상기 진동판의 중심부를 기준으로 상호 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 진동판의 상부에 결합되어 2개의 상기 압전소자 사이에 배치되는 제1댐퍼와;
    상기 중량체의 하부에 결합되는 제2댐퍼; 를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  20. 상면 또는 하면이 진동 발생 대상물에 결합되는 케이스와;
    상기 케이스의 내부에 결합되는 진동판과;
    상기 진동판에 결합되어 휨 변형되면서 상기 진동판을 상하방향으로 진동시키는 압전소자와;
    상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부; 를 포함하여 이루어지되,
    상기 케이스는,
    베이스와;
    상기 베이스의 양측에서 각각 돌출 형성되고, 상기 진동판의 양측이 결합되어 상기 진동판을 상하방향으로 탄성지지하는 지지부; 를 포함하여 이루어지며,
    외부 충격에 의해 휨 변형되는 상기 진동판은 상기 지지부가 함께 휨 변형되면서 그 변형량이 감소하는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 지지부의 두께는 상기 진동판의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 지지부는 상기 베이스의 양단에서 각각 상기 진동판이 배치된 내측방향으로 돌출 형성되되,
    상기 지지부는 수회 절곡 형성되어 상기 진동판을 상방향으로 탄성지지하는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 베이스와 수직을 이루는 수직부와;
    상기 수직부에서 연장 형성되고, 상기 베이스의 하면과 이격되어 평행한 수평부; 로 이루어지되,
    상기 수직부와 수평부는 반복적으로 연장 형성되어 상기 진동판에 결합된 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  24. 청구항 21 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판의 하부에 결합되어 상기 진동판과 함께 진동하는 중량체를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 중량체에는 측방향으로 걸림돌기가 돌출 형성되고,
    상기 케이스에는 상기 걸림돌기의 상하 이동거리를 제한하는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
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