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KR101171163B1 - 햅틱 액츄에이터 - Google Patents

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KR101171163B1
KR101171163B1 KR1020110029716A KR20110029716A KR101171163B1 KR 101171163 B1 KR101171163 B1 KR 101171163B1 KR 1020110029716 A KR1020110029716 A KR 1020110029716A KR 20110029716 A KR20110029716 A KR 20110029716A KR 101171163 B1 KR101171163 B1 KR 101171163B1
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KR
South Korea
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KR1020110029716A
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정회원
서종식
김민기
천세준
Original Assignee
주식회사 하이소닉
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Publication date
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Priority to PCT/KR2012/000591 priority patent/WO2012134047A2/ko
Priority to TW101108034A priority patent/TW201246777A/zh
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Abstract

본 발명은 햅틱 액츄에이터에 관한 것으로서, 특히 터치패드의 터치시 진동을 발생시켜 사용자로 하여금 촉감을 느끼도록 하는 햅틱 액츄에이터에 관한 것이다.
본 발명의 햅틱 액츄에이터는, 베이스와; 상기 베이스의 상부에 상하 이동되게 장착되는 진동부와; 상기 진동부에 결합되는 압전소자와; 상기 진동부의 상부에 장착되는 패널부로 이루어지되, 상기 진동부는, 상기 패널부와 결합되는 결합부와; 일단이 상기 결합부에 연결되고, 타단이 상기 결합부에서 수평방향으로 돌출 형성된 제1지지부와; 상기 결합부에서 상기 제1지지부와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스에 고정결합된 제2지지부로 이루어지며, 상기 압전소자는 상기 제1지지부에 장착되어 전원 인가시 상기 제1지지부를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부에 상하방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

햅틱 액츄에이터{ Haptic Actuator }
본 발명은 햅틱 액츄에이터에 관한 것으로서, 특히 터치패드의 터치시 진동을 발생시켜 사용자로 하여금 촉감을 느끼도록 하는 햅틱 액츄에이터에 관한 것이다.
최근 인터페이스 장치에는 햅틱 피드백으로 알려진 강제 피드백 또는 접촉식 피드백이 사용자에게 제공된다.
예컨대, 조이스틱, 마우스, 게임패드, 스티어링 휠 또는 기타 장치들의 햅틱 버전은, 게임 또는 다른 애플리케이션 프로그램에서와 같은 그래픽 환경에서 발생하는 이벤트(event) 또는 상호작용을 근거로 사용자에게 힘(force)을 출력할 수 있다.
한편, 휴대단말기에 제공되는 작은 사각형의 평면 패드인 터치패드(touch pad)는 이에 가해진 압력을 감지하는 용량형 센서 또는 압력 센서와 같은 임의의 다양한 센싱 기술로 포인팅 오브젝트의 위치를 감지한다.
이러한 휴대단말기의 터치패드에도 상기한 햅틱 피드백이 제공된다.
도 1은 종래기술에 따른 햅틱 피드백이 가능한 휴대단말기를 도시한 구조도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 터치패드(16)는 스프링(62)에 의해 휴대단말기의 상기 하우징(미도시)에 유연하게 설치된다.
그리고 상기 터치패드(16)의 하부에 압전 액추에이터(64)가 장착된다.
상기 압전 액추에이터(64)의 일부위(66)는 상기 터치패드(16)에 결합되며, 타부위(68)는 질량(70)에 결합된다.
그리고 일부위(66)가 타부위(68)에 대해 이동할 때 상기 질량(70)은 타부위(68)와 함께 이동한다.
상기 질량(70)은 대략 Z축을 따라 이동하며, 상기 하우징에 결합되지 않으므로 자유로이 이동한다.
Z축에 따른 상기 질량(70)의 운동은 상기 압전 액추에이터(64)를 통해 터치패드(16)로 전송되는 관성력을 일으키며, 상기 터치패드(16)는 탄성 결합으로 인해 Z축을 따라 이동한다.
이러한 상기 터치패드(16)의 운동은 상기 터치패드(16)에 접촉하는 사용자에 의해 햅틱 센세이션으로 감지된다.
그러나 종래의 햅틱 액추에이터(64)는 상기 질량(70)의 관성력에 의해서만 햅틱 피드백이 구현되기 때문에 상하 이동력이 약하여 햅틱 피드백의 감도가 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 안정적으로 상하 진동력을 증대시키고 햅틱 피드백의 감도를 향상시킬 수 있는 햅틱 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 햅틱 액츄에이터는, 베이스와; 상기 베이스의 상부에 상하 이동되게 장착되는 진동부와; 상기 진동부에 결합되는 압전소자와; 상기 진동부의 상부에 장착되는 패널부로 이루어지되, 상기 진동부는, 상기 패널부와 결합되는 결합부와; 일단이 상기 결합부에 연결되고, 타단이 상기 결합부에서 수평방향으로 돌출 형성된 제1지지부와; 상기 결합부에서 상기 제1지지부와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스에 고정결합된 제2지지부로 이루어지며, 상기 압전소자는 상기 제1지지부에 장착되어 전원 인가시 상기 제1지지부를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부에 상하방향으로 진동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제2지지부는, 일단이 상기 결합부에 연결되고 타단이 수평방향으로 돌출 형성된 상부지지부와; 상기 상부지지부의 하부에서 상기 상부지지부와 이격배치되고, 일단이 상기 베이스에 고정결합된 하부지지부와; 절곡 형성되어 일단이 상기 상부지지부의 타단에 연결되고, 타단이 상기 하부지지부의 타단에 연결된 절곡부로 이루어져, 상기 결합부 및 패널부를 상하방향으로 탄성지지한다.
상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부의 저면과 이격되어 있다.
상기 베이스에는 상기 제1지지부의 타단을 지지하는 지지블럭이 돌출 형성되되, 상기 제1지지부는 상기 베이스의 저면과 이격되어 있고, 상기 제1지지부의 타단은 상기 압전소자에 의해 상기 제1지지부의 휨 변형시 상기 지지블럭에 접하여 하강이 저지된다.
상기 결합부의 양측에는 상기 제1지지부와 제2지지부가 한 쌍씩 형성된다.
상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부의 중심을 기준으로 전후좌우 대칭되게 배치된다.
상기 패널부는, 하부가 상기 결합부와 결합하는 프레임과; 상기 프레임의 상부에 안착되는 액정부와; 상기 액정부의 상부를 덮으면서 상기 프레임의 상부에 결합되는 터치패드로 이루어지되, 상기 프레임의 상면에는 상기 액정부가 안착되는 제1안착홈과, 상기 터치패드가 안착되는 제2안착홈이 형성되어 있으며, 상기 프레임의 하부에는 상기 제1지지부 및 제2지지부와 이격되기 위한 이격홈이 형성되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 햅틱 액츄에이터에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
압전소자에 의해 진동부가 승강운동을 함에 따라 패널부에 효과적으로 힘을 전달하여 승강운동이 잘 이루어져 구동력을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 패널부의 진동감도 또는 클릭감을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 햅틱 피드백이 가능한 휴대단말기를 도시한 구조도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 일방향 분해사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 타방향 분해사시도,
도 5는 도 2의 A-A선을 취하여 본 단면도,
도 6은 도 5에서 압전소자에 의해 진동부 및 패널부가 하강한 상태의 단면도,
도 7은 도 5에서 압전소자에 의해 진동부 및 패널부가 상승한 상태의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 일방향 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 액츄에이터의 타방향 분해사시도이고, 도 5는 도 2의 A-A선을 취하여 본 단면도이며, 도 6은 도 5에서 압전소자에 의해 진동부 및 패널부가 하강한 상태의 단면도이고, 도 7은 도 5에서 압전소자에 의해 진동부 및 패널부가 상승한 상태의 단면도이다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액츄에이터는, 베이스(110)와, 진동부(120)와, 압전소자(130)와, 패널부(140)로 이루어진다.
상기 베이스(110)는 육면체 형상으로 형성되어 있고, 상부가 개방되어 내부에 상기 진동부(120), 압전소자(130) 및 패널부(140)가 배치된다.
상기 베이스(110)에는 후술하는 상기 진동부(120)의 제2지지부(123)의 끝단이 삽입되어 결합되기 위한 삽입홈(111)이 형성되어 있고, 상기 진동부(120)의 제1지지부(122)의 끝단을 지지하기 위한 지지블럭(112)이 돌출 형성되어 있다.
상기 진동부(120)는 상기 베이스(110)의 상부에 상하 이동되게 장착되고, 결합부(121)와, 제1지지부(122)와, 제2지지부(123)로 이루어진다.
상기 결합부(121)는 평판 형상으로 이루어져, 상기 패널부(140)의 테두리 하부에 결합되고, 상기 결합부(121)의 하부에는 회로기판이 장착되어 있다.
상기 결합부(121)는 1개의 중공 사각형상으로 이루어져 상기 패널부(140)의 테두리 하부 전체에 결합될 수도 있고, 본 실시예와 같이 2개로 분할되어 상기 패널부(140)의 일측테두리 하부와 타측테두리 하부에 각각 결합될 수도 있으며, 필요에 따라서는 2개 이상으로 분할되어 결합될 수도 있다.
이때, 상기 결합부(121)는 상기 패널부(140)의 중심을 기준으로 전후좌우가 대칭을 이루도록 장착되어, 상기 진동부(120)가 상기 패널부(140)를 상하방향으로 안정적으로 지지할 수 있도록 한다.
상기 제1지지부(122)는 막대 형상으로 이루어져, 상기 결합부(121)에서 수평방향으로 돌출 형성되어 있다.
즉, 상기 제1지지부(122)는 일단이 상기 결합부(121)에 일체로 연결되고, 타단 즉 끝단이 수평방향으로 돌출 형성되어 있다.
본 실시예에서는 상기 제1지지부(122)가 상기 결합부(121)의 양측에서 1개씩 돌출 형성되어 있다.
상기 제2지지부(123)는 상기 결합부(121)에서 상기 제1지지부(122)와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스(110)에 고정결합된다.
이러한 상기 제2지지부(123)는 상기 제1지지부(122)보다 안쪽에 배치되어 있고, 상기 결합부(121)의 양측에서 1개씩 돌출 형성되어 있다.
즉, 상기 결합부(121)의 양측에는 상기 제1지지부(122)와 제2지지부(123)가 한 쌍씩 형성된다.
그리고, 상기 제1지지부(122) 및 제2지지부(123)는 상기 패널부(140)의 중심을 기준으로 전후좌우 대칭되게 배치되어, 상기 패널부(140)를 안정적으로 지지한다.
본 실시예에서는 상기 결합부(121)가 2개로 분리되어 있는바, 각각의 결합부(121)에 형성된 상기 제1지지부(122)와 제2지지부(123)는 상호 마주보는 방향으로 돌출되어 있다.
상기 제1지지부(122)의 하부에는 상기 압전소자(130)가 길게 결합되어 있다.
상기 압전소자(130)는 상기 제1지지부(122)에 장착되어 있기 때문에, 전원인가시 수축 또는 신장되어 상기 제1지지부(122)를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부(140)가 상하방향으로 유동할 수 있도록 진동을 발생시키는 역할을 한다.
이러한 상기 압전소자(130)에 전원인가시 압축 또는 신장되도록 하는 구조 등은 종래의 공지된 기술을 사용하면 충분하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 제1지지부(122)의 타단 즉 끝단은 상기 베이스(110)의 내부에 돌출 형성된 상기 지지블럭(112)에 지지된다.
상기 제1지지부(122)의 타단은 상기 지지블럭(112)에 고정결합되어 있지 않고 타단의 하부가 상기 지지블럭(112)의 상면에 단순히 접하고만 있도록 한다.
또한, 상기 제1지지부(122)는 상기 베이스(110)의 저면과 이격되어 있다.
따라서, 상기 제1지지부(122)의 타단은 상기 압전소자(130)에 의해 상기 제1지지부(122)의 휨 변형시 상기 지지블럭(112)에 접하여 하강이 저지되어 상대적으로 상기 제1지지부(122)의 일단과 연결된 상기 결합부(121) 및 패널부(140)가 상승하게 된다.
상기 제2지지부(123)는, 상부지지부(124)와, 하부지지부(125)와, 절곡부(126)로 이루어진다.
상기 상부지지부(124)는 일단이 상기 결합부(121)에 연결되고 타단이 상기 제1지지부(122)와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성된다.
상기 상부지지부(124)의 길이는 상기 제1지지부(122)의 길이보다 작다.
상기 하부지지부(125)는 상기 상부지지부(124)의 하부에서 상기 상부지지부(124)와 이격배치되고, 상기 제2지지부(123)의 끝단인 일단이 상기 베이스(110)에 고정결합되어 있다.
상기 하부지지부(125)의 일단 즉 상기 제2지지부(123)의 끝단은 상기 베이스(110)에 형성된 상기 삽입홈(111)에 삽입되어 고정됨으로써, 상하방향뿐만 아니라 좌우방향으로도 이동하지 못하게 고정된다.
이러한 상기 하부지지부(125)의 일단은 상기 결합부(121)보다 외측방향으로 더 돌출되어 상기 삽입홈(111)에 삽입되어 결합된다.
상기 절곡부(126)는 '⊂'형상으로 절곡 형성되어, 일단이 상기 상부지지부(124)의 타단에 연결되고, 타단이 상기 하부지지부(125)의 타단에 연결되어 있다.
이러한 구조로 인해 상기 제2지지부(123)는 상기 결합부(121) 및 패널부(140)를 상하방향으로 탄성지지하게 된다.
상기 패널부(140)는 상기 진동부(120)의 상부에 장착되어 있고, 프레임(141)과, 액정부(145)와, 터치패드(146)를 포함하여 이루어진다.
상기 프레임(141)은 사각 형상으로 형성되고, 하부가 상기 결합부(121)와 결합되어 있다.
상기 결합부(121)에는 상기 액정부(145)가 안착되기 위한 제1안착홈(143)과, 상기 터치패드(146)가 안착되기 위한 제2안착홈(144)이 형성되어 있다.
상기 제1안착홈(143)은 상기 제2안착홈(144)의 안쪽에서 더 깊게 형성되어 있다.
상기 액정부(145)는 상기 프레임(141)의 상부에서 상기 제1안착홈(143)이 안착된다.
상기 터치패드(146)는 상기 액정부(145)의 상부를 덮으면서 상기 프레임(141)의 상부에 형성된 상기 제2안착홈(144)에 안착된다.
한편, 상기 제1지지부(122) 및 제2지지부(123)는 상기 패널부(140)의 저면과 이격되어 있다.
이는 상기 압전소자(130)에 의한 상기 진동부(120)의 휨 변형시 상기 제1지지부(122) 및 제2지지부(123)가 상기 패널부(140)의 저면과 접하여 휨 변형에 장애가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
이를 위해, 상기 프레임(141)의 하부에는 상기 제1지지부(122) 및 제2지지부(123)와 이격되기 위한 이격홈(142)이 형성되어 있다.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
상기 압전소자(130)에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 진동부(120)는 변형됨이 없이 상기 패널부(140)를 상방향으로 지지하고 있다.
구체적으로, 상기 제1지지부(122)는 수평방향으로 배치되어 있고 타단의 하면이 상기 지지블럭(112)의 상부에 접하고 있다.
그리고 상기 제2지지부(123)는 절곡되어 끝단이 상기 삽입홈(111)이 삽입되어 결합되어 있다.
이러한 상태에서 사용자가 상기 터치패드(146)를 터치하면 상기 압전소자(130)를 신장시키는 방향으로 전원이 인가되고, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(130)가 신장되면서 상기 압전소자(130)가 결합된 상기 제1지지부(122)는 아래방향으로 휘어지게 된다.
즉, 상기 압전소자(130)가 신장되면서 상기 압전소자(130)가 결합된 상기 제1지지부(122)는 중심부에 대하여 일단과 타단이 상대적으로 상방향으로 휘어지려고 한다.
상기 제1지지부(122)의 일단과 타단이 상방향으로 휘어질 경우, 상기 제1지지부(122)의 일단과 타단은 가까워져 그 거리가 짧아지게 된다.
이러한 상태에서 상기 제1지지부(122)의 일단은 상기 결합부(121)를 통해 상기 프레임(141)에 결합되어 있는바 이동할 수가 없게 되어, 상기 제1지지부(122)의 타단이 일단 방향으로 이동하게 된다.
상기 제1지지부(122)의 타단이 일단방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(122)는 아래방향으로 이동하면서 휘어지고, 상기 제1지지부(122)가 아래방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(122)의 타단은 상기 제2지지부(123)를 압축시키면서 상기 패널부(140)와 함께 하강하게 된다.
그 후 상기 압전소자(130)를 수축시키는 방향으로 전원이 인가되면, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(130)는 수축되면서 상기 압전소자(130)가 결합된 상기 제1지지부(122)는 윗방향으로 휘어지게 된다.
즉, 상기 압전소자(130)가 수축되면서 상기 압전소자(130)가 결합된 상기 제1지지부(122)는 중심부에 대하여 일단과 타단이 상대적으로 하방향으로 휘어지려고 한다.
상기 제1지지부(122)의 일단과 타단이 하방향으로 휘어질 경우, 상기 제1지지부(122)의 일단과 타단은 가까워져 그 거리가 짧아지게 된다.
이러한 상태에서 상기 제1지지부(122)의 일단은 상기 결합부(121)를 통해 상기 프레임(141)에 결합되어 있는바 이동할 수 없게 되어, 상기 제1지지부(122)의 타단이 상기 일단 방향으로 이동하게 된다.
상기 제1지지부(122)의 타단이 일단방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(122)는 윗방향으로 이동하면서 휘어지고, 상기 제1지지부(122)가 윗방향으로 이동함에 따라 상기 제1지지부(122)의 타단은 상기 제2지지부(123)를 팽창시키면서 상기 패널부(140)와 함께 상승하게 된다.
위와 같은 상기 패널부(140)의 승강운동은, 사용자가 상기 터치패드(146)에 손가락을 접촉하였을 때 신속하게 이루어져, 사용자의 손가락에 상기 패널부(140)의 승강에 따른 힘 즉 진동감도를 느끼도록 한다.
위와 같은 상기 패널부(140)의 승강운동은 사용자가 상기 터치패드(146)을 접촉하였을 때 한번만 발생하도록 할 수도 있고, 주기를 짧게 하여 진동모터와 같이 여러번 발생하도록 할 수도 있다.
한편, 상기 압전소자(130)에 인가된 전원이 차단되면 팽창되어 있던 상기 제2지지부(123)의 탄성복원력에 의해 상기 진동부(120) 및 패널부(140)는 도 5에 도시된 바와 같은 초기 상태로 돌아가게 된다.
본 발명인 햅틱 액츄에이터는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
110 : 베이스, 111 : 삽입홈, 112 : 지지블럭
120 : 진동부, 121 : 결합부, 122 : 제1지지부, 123 : 제2지지부, 124 : 상부지지부, 125 : 하부지지부, 126 : 절곡부,
130 : 압전소자,
140 : 패널부, 141 : 프레임, 142 : 이격홈, 143 : 제1안착홈, 144 : 제2안착홈, 145 : 액정부, 146 : 터치패드,

Claims (7)

  1. 베이스와; 상기 베이스의 상부에 상하 이동되게 장착되는 진동부와; 상기 진동부에 결합되는 압전소자와; 상기 진동부의 상부에 장착되는 패널부로 이루어지되,
    상기 진동부는,
    상기 패널부와 결합되는 결합부와; 일단이 상기 결합부에 연결되고, 타단이 상기 결합부에서 수평방향으로 돌출 형성된 제1지지부와; 상기 결합부에서 상기 제1지지부와 나란하게 수평방향으로 돌출 형성되고, 끝단이 하방향으로 절곡되어 상기 베이스에 고정결합된 제2지지부로 이루어지며,
    상기 압전소자는 상기 제1지지부에 장착되어 전원 인가시 상기 제1지지부를 상하방향으로 휨 변형시켜 상기 패널부에 상하방향으로 진동을 발생시키고,
    상기 제2지지부는,
    일단이 상기 결합부에 연결되고 타단이 수평방향으로 돌출 형성된 상부지지부와; 상기 상부지지부의 하부에서 상기 상부지지부와 이격배치되고, 일단이 상기 베이스에 고정결합된 하부지지부와; 절곡 형성되어 일단이 상기 상부지지부의 타단에 연결되고, 타단이 상기 하부지지부의 타단에 연결된 절곡부로 이루어져, 상기 결합부 및 패널부를 상하방향으로 탄성지지하는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부의 저면과 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스에는 상기 제1지지부의 타단을 지지하는 지지블럭이 돌출 형성되되,
    상기 제1지지부는 상기 베이스의 저면과 이격되어 있고,
    상기 제1지지부의 타단은 상기 압전소자에 의해 상기 제1지지부의 휨 변형시 상기 지지블럭에 접하여 하강이 저지되는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
  5. 제 1항, 제 3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합부의 양측에는 상기 제1지지부와 제2지지부가 한 쌍씩 형성된 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
  6. 제 1항, 제 3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1지지부 및 제2지지부는 상기 패널부의 중심을 기준으로 전후좌우 대칭되게 배치된 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 패널부는,
    하부가 상기 결합부와 결합하는 프레임과;
    상기 프레임의 상부에 안착되는 액정부와;
    상기 액정부의 상부를 덮으면서 상기 프레임의 상부에 결합되는 터치패드로 이루어지되,
    상기 프레임의 상면에는 상기 액정부가 안착되는 제1안착홈과, 상기 터치패드가 안착되는 제2안착홈이 형성되어 있으며,
    상기 프레임의 하부에는 상기 제1지지부 및 제2지지부와 이격되기 위한 이격홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 햅틱 액츄에이터.

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