KR20050048751A - 압전 세라믹을 이용한 진동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변경될 수 있도록 중립면에서 먼 쪽에 위치한 압전 세라믹의 두께를 상대적으로 얇게 구성하여 적층함으로써, 탄성력을 높일 수 있도록 하는 압전 세라믹을 이용한 진동 장치에 관한 것으로, 중립면을 이루는 판재의 상부 및 하부에 다수개의 압전 세라믹을 적층하되, 상기 압전 세라믹의 두께를 상기 압전 세라믹이 상기 중립면으로부터 멀어질수록 얇게 구성하여 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변형될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 압전 세라믹을 이용한 진동 장치에 관한 것으로서, 특히 다수개의 압전 세라믹이 적층되어 구성된 진동 장치의 탄성력을 향상시킬 수 있도록 하는 압전 세라믹을 이용한 진동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 압전 세락믹(Piezoceramic)과 같은 압전체는 압전체에 대해 한 방향으로 분극화시키고, 소정 전압을 공급하여 전계를 발생시키게 되면, 수축 및 이완 작용에 의해 압전체의 형태가 변화하게 된다.
이에 따라, 종래에는 전술한 바와 같이 전계를 가하면 수축 및 이완 작용에 의해 그 형태가 변화하는 압전체의 성질을 이용하여 진동 장치를 구현하기에 이르렀다.
도 1은 압전 세라믹을 이용한 진동 장치의 기본적인 구성을 보인 사시도로, 두 개의 압전 세라믹 사이에 중립면을 이루고 있는 스테인레스 스틸(Stainless Steel) 재질의 판재를 삽입시킨 상태에서 압전 세라믹의 표면에 전압을 공급하여 수직 방향으로 전계를 가하게 되면, 고정되지 않은 부분이 상하로 진동하면서 진동 장치의 소스 진동을 발생시키게 된다.
그러나, 전술한 바와 같이 압전 세라믹을 한 층으로 하여 진동 장치를 구성한 경우에는, 진동 장치가 고전압을 필요로 하는 문제점이 있다.
이에 따라, 종래에는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시하는 바와 같이, 동일한 두께의 압전 세라믹을 다수개 적층하여 진동 장치를 구성함으로써, 진동 장치의 입력 전압을 현저히 낮출 수 있게 된다.
그러나, 표 1에 나타내는 바와 같이, 두께 0.18㎜의 압전 세라믹을 한 층으로 하여 진동 장치를 구성하고 63V의 전류를 입력한 결과와, 두께 0.06㎜의 압전 세라믹을 3층(0.06㎜×3=0.18㎜)으로 적층하고, 각각의 압전 세라믹에 압전 세라믹 한 층으로 구성된 진동 장치의 입력 전류의 1/3인 21V(63V/3)의 전류를 입력한 결과를 살펴보면, 압전 세라믹을 3층으로 적층한 진동 장치가 압전 세라믹 한 층으로 이루어진 진동 장치보다 대략 23.4%(=1-0.409/0.534)의 성능 저하가 나타난다.
| Layer | 1st Natural Frequency | Maximum Deflection | Maximum Stress | Reaction Force |
| 1-Layer (63V)Tp=0.18㎜ | 150 ㎐ | 0.454 ㎜ | 154 ㎫ | 0.534 N |
| 3-Layer (21V)Tp=3×0.06㎜Input Voltage=27.4V | 150 ㎐ | 0.347 ㎜ 0.453 ㎜ | 118 ㎫ 154 ㎫ | 0.409 N 0.534 N |
전술한 바와 같이, 성능 저하가 발생하게 된 이유는, 적층된 압전 세라믹의 변형이 중립면에서 먼 쪽에 위치할수록 커져야 탄성력이 좋아지게 되는 데, 적층되어 있는 압전 세라믹의 두께는 모두 동일하므로, 적층된 압전 세라믹이 서로 동일한 크기의 변형을 일으키게 된다. 이에 따라, 외곽에 위치한 압전 세라믹이 결과적으로 변형을 억제하게 되어 탄성력이 떨어지게 되는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변경될 수 있도록 중립면에서 먼 쪽에 위치한 압전 세라믹의 두께를 상대적으로 얇게 구성하여 적층함으로써, 탄성력을 높일 수 있도록 하는 압전 세라믹을 이용한 진동 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹을 이용한 진동 장치는, 중립면을 이루는 판재의 상부 및 하부에 다수개의 압전 세라믹을 적층하되, 상기 압전 세라믹의 두께를 서로 달리하여 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변형될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 압전 세라믹의 두께를 상기 압전 세라믹이 상기 중립면으로부터 멀어질수록 얇게 구성하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 세라믹을 이용한 진동 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹을 이용한 진동 장치의 구성을 보인 사시도로, 중립면(10)을 이루고 있는 스테인레스 스틸 재질의 판재와, 상기한 판재의 상부 및 하부에 적층되는 다수개의 압전 세라믹(20)을 구비하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 판재의 상부 및 하부에 적층되는 다수개의 압전 세라믹(20)은 서로 다른 두께의 갖되, 중립면(10)에서 먼 쪽에 위치한 압전 세라믹(20)의 두께를 상대적으로 얇게 구성하여 적층한다.
전술한 바와 같이, 판재의 상부 및 하부에 적층되는 압전 세라믹(20)의 두께를 중립면(10)에서 멀어질수록 상대적으로 얇게 구현함으로써, 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변형될 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 중립면(10)에서 먼 쪽에 위치한 압전 세라믹의 두께를 상대적으로 얇게 구성하여 적층함으로써, 표 2에 나타내는 바와 같이, 진동 장치의 탄성력이 0.443N으로, 동일 두께(0.06㎜)의 압전 세라믹을 적층했을 때보다 대략 6.3%의 성능 향상이 나타나게 된다.
| Layer | 1st Natural Frequency | Maximum Deflection | Maximum Stress | Reaction Force |
| 1-Layer (63V)T=0.18㎜ | 150 ㎐ | 0.454 ㎜ | 154 ㎫ | 0.534 N |
| 3-Layer (21V)T=3×0.06㎜Input Voltage=27.4V | 150 ㎐ | 0.347 ㎜ 0.453 ㎜ | 118 ㎫ 154 ㎫ | 0.409 N 0.534 N |
| 3-LayerT=0.04㎜ (21V)T=0.06㎜ (21V)T=0.08㎜ (21V)Input Voltage=26V | 150 ㎐ | 0.366 ㎜ 0.453 ㎜ | 124 ㎫ 154 ㎫ | 0.431 N 0.534 N |
| 3-LayerT=0.03㎜ (21V)T=0.06㎜ (21V)T=0.09㎜ (21V)Input Voltage=25.3V | 150 ㎐ | 0.376 ㎜ 0.453 ㎜ | 128 ㎫ 154 ㎫ | 0.443 N 0.533 N |
또한, 표 2에 나타내는 바와 같이, 한 층의 압전 세라믹으로 구성된 진동 장치에 63V의 전류를 입력한 결과와 동일한 성능을 얻기 위해, 모두 0.06㎜의 두께를 갖는 압전 세라믹을 3층으로 적층하여 구성한 진동 장치는 27.4V의 입력 전류가 필요하며, 중립면에서 먼 쪽에 위치한 압전 세라믹의 두께(0.09㎜, 0.06㎜, 0.03㎜)를 상대적으로 얇게 구성하여 적층한 진동 장치는 25.3V의 입력 전류를 필요로 하게 되어, 동일 두께(0.06㎜)의 압전 세라믹을 적층했을 때보다 약 2.1V정도 입력 전압이 낮아진다.
이상에서 살펴본 바와 같은, 본 발명의 압전 세라믹을 이용한 진동 장치는 휴대폰 또는 PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 이동 통신 단말기의 진동 발생 장치로 응용될 수 있으며, 소형 전자 장치의 냉각 기능을 담당하는 팬(Fan)의 기능으로 사용될 수 있다.
본 발명의 압전 세라믹을 이용한 진동 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 압전 세라믹을 이용한 진동 장치에 따르면, 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변경될 수 있도록 중립면에서 먼 쪽에 위치한 압전 세라믹의 두께를 상대적으로 얇게 구성하여 적층함으로써, 탄성력을 높일 수 있게 된다.
도 1은 압전 세라믹을 이용한 진동 장치의 기본적인 구성을 보인 사시도.
도 2는 종래 동일 두께의 압전 세라믹을 적층하여 구성한 진동 장치의 구성을 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 세라믹을 이용한 진동 장치의 구성을 보인 사시도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10. 중립면, 20. 압전 세라믹
Claims (2)
- 중립면을 이루는 판재의 상부 및 하부에 다수개의 압전 세라믹이 적층되어 구성되는 압전 세라믹을 이용한 진동 장치에 있어서,상기 압전 세라믹의 두께를 서로 달리하여 변형이 많이 발생해야 하는 외곽의 압전 세라믹 층이 쉽게 변형될 수 있게 하는 압전 세라믹을 이용한 진동 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 압전 세라믹의 두께를 상기 압전 세라믹이 상기 중립면으로부터 멀어질수록 얇게 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 세라믹을 이용한 진동 장치.
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|---|---|---|---|---|
| KR100732121B1 (ko) * | 2006-03-29 | 2007-06-25 | 요업기술원 | 이동통신 단말기용 진동 장치 및 이를 포함한 이동통신단말기 |
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2003
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