(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力により振動可能な振動部材と、
前記振動部材に形成され、前記振動部材に外力を加える振動素子と、
前記振動部材に形成され、前記振動部材の振動周波数を調節する質量部材と、を含み、
前記質量部材において前記振動部材と向かい合う一面は曲面形状である、ハプティックフィードバックデバイス。
【請求項２】
前記一面は、前記振動素子による前記振動部材の変形曲率半径より小さい曲率半径を有する曲面形状である、請求項１に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項３】
前記振動部材は、
前記振動素子が付着固定される第１板部材と、
前記第１板部材から延びて前記質量部材を収容する第２板部材と、を含む、請求項１または２に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項４】
前記第２板部材は、前記第１板部材の側面から延びて前記第１板部材の平面に対して垂直方向に折り曲げられて形成される、請求項３に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項５】
前記第１板部材と前記第２板部材は、プレス加工により一体に形成される、請求項３または４に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項６】
前記振動部材と前記質量部材との間に形成され、前記振動部材と前記質量部材との間の衝突を防止する衝撃吸収部材をさらに含む、請求項１から５の何れか１項に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項７】
前記衝撃吸収部材は前記振動部材の一面に形成される、請求項６に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項８】
前記衝撃吸収部材は前記質量部材に形成される、請求項６に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【請求項９】
前記衝撃吸収部材の一面は曲面形状である、請求項６から８の何れか１項に記載のハプティックフィードバックデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハプティックフィードバックデバイスに関し、より詳細には、外部衝撃によって振動部材（例えば、振動板）が変形することを防止することができるハプティックフィードバックデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザーの使用上の便宜性を高めるために、画面に選択ボタンが表示されるタッチ方式の入出力装置（例えば、ハプティックフィードバックデバイス）が一般化されている。
【０００３】
ハプティックフィードバックデバイス（Ｈａｐｔｉｃ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｄｅｖｉｃｅ）は、ユーザーが指などを用いて画面に出力信号を直接入力する方式で、ユーザーが視覚的に出力情報を確認しながら全ての入力信号を操作することができる、非常に便利な機能を提供することができる。
【０００４】
このようなハプティックフィードバックデバイスは、空間の節約が可能であり、操作性の向上及び簡便性を図ることができるだけでなく、ユーザーの認識が容易であるという長所がある。その他にも、ハプティックフィードバックデバイスは、ＩＴ器機との連動性に優れるという長所がある。従って、ハプティックフィードバックデバイスは、公共場所（例えば、駅、病院、学校など）で該当場所を案内する案内機器の入出力装置としても多く活用されている。
【０００５】
一方、ハプティックフィードバックデバイスは、入力信号の受信有無または出力信号の出力有無を報知するための手段として用いられることができる。このようなハプティックフィードバックデバイスは、振動素子（例えば、圧電素子）及び振動素子により振動する振動部材を備えている。
【０００６】
ところが、ハプティックフィードバックデバイスに備えられた振動部材は、振動特性を改善するために薄い板部材からなるため、ハプティックフィードバックデバイスに衝撃が加えられる場合（例えば、ユーザーがハプティックフィードバックデバイスを落とす場合）には変形または破損されやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、外部衝撃（特に、落下衝撃）によって振動特性が変化することを防止することができるハプティックフィードバックデバイスを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を果たすための本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスは、外力により振動可能な振動部材と、上記振動部材に形成され、上記振動部材に外力を加える振動素子と、上記振動部材に形成され、上記振動部材の振動周波数を調節する質量部材と、を含み、上記質量部材において上記振動部材と向かい合う一面は曲面形状であることができる。
【０００９】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記一面は、上記振動素子による上記振動部材の変形曲率より小さい曲率を有する曲面形状であることができる。
【００１０】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記振動部材は、上記振動素子が付着固定される第１板部材と、上記第１板部材から延びて上記質量部材を収容する第２板部材と、を含むことができる。
【００１１】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記第２板部材は、上記第１板部材の側面から延びて上記第１板部材の平面に対して垂直方向に折り曲げられて形成されることができる。
【００１２】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記第１板部材と上記第２板部材は、プレス加工により一体に形成されることができる。
【００１３】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスは、上記振動部材と上記質量部材との間に形成され、上記振動部材と上記質量部材との間の衝突を防止する衝撃吸収部材をさらに含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記衝撃吸収部材は上記振動部材の一面に形成されることができる。
【００１５】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記衝撃吸収部材は上記質量部材に形成されることができる。
【００１６】
本発明の一実施例によるハプティックフィードバックデバイスにおいて、上記衝撃吸収部材の一面は曲面形状であることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、振動部材と衝突し得る質量部材の一面が曲面形状からなるため、振動部材と質量部材の衝突によって振動部材が変形する現象が発生することを最小化することができる。
【００１８】
従って、本発明によると、振動部材及び質量部材によるハプティックフィードバックデバイスの振動周波数が一定に維持されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図である。
【図２】図１に図示されたハプティックフィードバックデバイスの作動状態を示した断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図である。
【図４】本発明の第２実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図である。
【図５】本発明の第３実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図である。
【図６】図５に図示されたハプティックフィードバックデバイスの振動部材を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の例示図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
以下で本発明を説明するにあたり、本発明の構成要素を指称する用語は、それぞれの構成要素の機能を考慮して命名されたものであるため、本発明の技術的構成要素を限定する意味に理解されてはならない。
【００２２】
図１は本発明の第１実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図であり、図２は図１に図示されたハプティックフィードバックデバイスの作動状態を示した断面図であり、図３及び図４は本発明の第２実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図であり、図５は本発明の第３実施例によるハプティックフィードバックデバイスの断面図であり、図６は図５に図示されたハプティックフィードバックデバイスの振動部材を示した斜視図である。
【００２３】
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施例によるハプティックフィードバックデバイスを説明する。
【００２４】
本発明の第１実施例によるハプティックフィードバックデバイス１００は、ケース１０２、１０４と、振動部材１０と、振動素子２０と、質量部材４０と、を含むことができる。このように構成されたハプティックフィードバックデバイス１００は、携帯電話機、携帯用電子辞書を含むその他の携帯用電子機器に取り付けられることができる。
【００２５】
また、このようなハプティックフィードバックデバイス１００は、該当電子機器の入出力装置と連結されて、ユーザーに振動信号を送出することができる。しかし、本発明のハプティックフィードバックデバイス１００は、上述の携帯用電子機器に限定されず、タッチスクリーンを備えた現金支払い機（ＡＴＭ）、駅の路線案内装置などに設けられることができる。尚、このようなハプティックフィードバックデバイス１００は、振動信号の出力が必要な他の電子機器に取り付けられて用いられることができる。
【００２６】
ケース１０２、１０４は、上部ケース１０２及び下部ケース１０４からなることができる。ケース１０２、１０４は、ハプティックフィードバックデバイス１００を外部の衝撃から保護することができる。そのため、ケース１０２、１０４は衝撃に強い金属材質で製作されることができる。しかし、ハプティックフィードバックデバイス１００の軽量化のためにプラスチック材質で製作されることもできる。この場合、プラスチック材質は衝撃に強い成分を含むことができる。
【００２７】
ケース１０２、１０４は、ハプティックフィードバックデバイス１００が取り付けられる電子機器に分離及び結合可能に取り付けられることができる。または、ケース１０２、１０４のうち少なくとも一部分（例えば、上部ケース１０２または下部ケース１０４）は、ハプティックフィードバックデバイス１００が取り付けられる携帯用電子機器（例えば、携帯電話機）に一体に形成されることができる。または、上部ケース１０２または下部ケース１０４、または上部ケース１０２と下部ケース１０４は、携帯用電子機器の一部分であることができる。
【００２８】
尚、ケース１０２、１０４は、携帯用電子機器からの電気信号を受信するための電極を含むことができる。このような電極は、ケース１０２、１０４の外部に形成され、内部に取り付けられる振動素子２０に電流を供給することができる。
【００２９】
一方、上部ケース１０２と下部ケース１０４は、互いに結合及び分離されることができる。例えば、上部ケース１０２と下部ケース１０４は、ボルト及びナットによって互いに結合されることができる。または、上部ケース１０２と下部ケース１０４は、別の嵌合構造（例えば、突起と溝）によって結合されることができる。
【００３０】
振動部材１０は、略矩形状の断面を有する薄い板形状に製作されることができる。しかし、上下振動が可能な形状であれば、矩形以外の他の形状に製作されてもよい。
【００３１】
振動部材１０は、所定の弾性を有する材質で製作されることができる。例えば、振動部材１０は、金属材質、プラスチックなどの材質で製作されることができる。また、振動部材１０は、ハプティックフィードバックデバイス１００が所定範囲の振動周波数（１００〜３００Ｈｚ）を有するようにバネ定数Ｋが決定されることができる。例えば、振動部材１０は、ハプティックフィードバックデバイス１００が１００〜３００Ｈｚの振動周波数を有するように、その長さと厚さが調整されることができる。
【００３２】
振動部材１０はケース１０２、１０４に固定されることができる。具体的に説明すると、振動部材１０の両端はケース１０２、１０４と結合されることができる。より具体的に説明すると、振動部材１０の両端は、上部ケース１０２または下部ケース１０４に固定されてもよく、上部ケース１０２と下部ケース１０４に同時に固定されてもよい。
【００３３】
ここで、振動部材１０の両端は、溶接またはボルト締結の方法によりケース１０２、１０４と結合されることができる。しかし、振動部材１０とケース１０２、１０４の結合方法は、上述の方法に限定されるものではなく、通常の技術者の認知可能範囲内で変更されることができる。
【００３４】
ケース１０２、１０４に取り付けられた振動部材１０は、上述したように所定の弾性を有するため、外力によって上下方向（図１を基準としてＺ軸方向）に振動することができる。なお、振動部材１０は、上下方向への円滑な振動のために収縮または伸張することができる。しかし、このような収縮及び伸張の大きさは、振動部材１０を構成する材質の弾性変形範囲を外れない。
【００３５】
振動素子２０は振動部材１０に固定されることができる。具体的には、振動素子２０は接着剤により振動部材１０に付着されることができる。ここで、接着剤は、エポキシ樹脂材質またはＵＶによって硬化される樹脂材質であることができる。尚、振動素子２０は、機械的な構造で振動部材１０に固定されることができる。そのため、振動部材１０には、振動素子２０が挿入される収容溝が形成されることができる。また、振動部材１０には、振動素子２０の位置を固定するための突起が形成されることができる。
【００３６】
振動素子２０は、電気信号に応じて自由に収縮及び伸張する圧電素子であることができる。例えば、振動素子２０はＰＺＴ（Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ  Ｔｉｔａｎｉｔｅ  Ｃｅｒａｍｉｃ）で製作されることができる。このように構成された振動素子２０は、電気信号に応じて収縮及び伸張しながら振動部材１０に振動を発生させることができる。
【００３７】
このような振動素子２０は、振動部材１０の長さ方向に沿って長く形成されることができる。より詳細には、振動素子２０は、振動部材１０の上下方向への振動を妨害しないように、振動部材１０の中央に配置されることができる。尚、振動素子２０は振動部材１０の長さより短く形成されることができる。
【００３８】
質量部材４０は振動部材１０と結合されることができる。具体的には、質量部材４０は、振動部材１０をＸ軸方向に二等分する線分Ｃ‐Ｃと一致する地点で振動部材１０と結合されることができる。質量部材４０と振動部材１０の結合は、ボルトなどの締結手段または接着剤によりなされることができる。または、質量部材４０と振動部材１０は、クリップまたはクランプなどの補助器具によって結合されることもできる。
【００３９】
質量部材４０は所定の質量を有し、ハプティックフィードバックデバイス１００の振動周波数を低めることができる。なお、質量部材４０は、タングステンまたはニッケルまたは銅の単一成分を有する材質、またはタングステン、ニッケル、銅のうち少なくとも何れか一つを含む混合成分を有する材質で製作されることができる。
【００４０】
一方、本実施例において、質量部材４０は曲面形状を有することができる。具体的に説明すると、質量部材４０において振動部材１０と向かい合う第１面４２は曲面形状であることができる。即ち、質量部材４０の第１面４２は、Ｘ‐Ｚ平面を基準として半径Ｒ１を有する曲面形状であることができる。ここで、半径Ｒ１は、図２に図示されたように、振動部材１０が振動によって曲げられる時に形成される曲率半径Ｒ２より小さいことができる。
【００４１】
このように曲面形状を有する質量部材４０は、振動部材１０の振動時（即ち、曲げ変形時）、振動部材１０と接触または衝突しない。
【００４２】
従って、本実施例によると、振動素子２０によって振動部材１０が上下（図１を基準とする方向）に振動するか、または外部衝撃によって振動部材１０が振動する時に、質量部材４０と衝突しない。
【００４３】
尚、本実施例による質量部材４０の第１面４２が曲面であるため、振動部材１０が質量部材４０の一部分（例えば、角）と衝突して変形する現象が発生しない。即ち、本実施例では、振動部材１０と質量部材４０の第１面４２が全体的に均一に接触するため、衝突時に発生する衝撃エネルギーが振動部材１０の一部分に集中されない。
【００４４】
従って、本実施例によると、振動部材１０と質量部材４０の衝突時にも振動部材１０の変形が殆ど発生しない。
【００４５】
上記したように、本実施例のハプティックフィードバックデバイス１００は、外力による衝撃にも振動部材１０が殆ど変形しないため、常に一定の振動周波数を提供することができる。
【００４６】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施例によるハプティックフィードバックデバイスを説明する。
【００４７】
本実施例によるハプティックフィードバックデバイス１００は、衝撃吸収部材３０をさらに備えているという点で第１実施例と区別されることができる。
【００４８】
衝撃吸収部材３０は、図３及び図４に図示されたように、質量部材４０または振動部材１０に形成され、曲面を有することができる。例えば、衝撃吸収部材３０は、質量部材４０の一面（振動部材１０と向かい合う面）に形成され、振動部材１０と向かい合う面３２が曲面であることができる。ここで、上記面３２の曲率半径Ｒ３は、振動部材１０の変形時に形成される曲率半径Ｒ２（図２参照）より小さいかまたは同一であることができる。
【００４９】
尚、衝撃吸収部材３０は、振動部材１０の一面（質量部材４０と向かい合う面）に形成され、質量部材４０と向かい合う面３４が曲面であることができる。しかし、該当面３４が必ずしも曲面である必要はない。即ち、衝撃吸収部材３０は、振動部材１０と質量部材４０との連結地点を基準として振動部材１０の両端に向かって次第に低くなる傾斜面を有することができる。
【００５０】
このように構成された本実施例は、相対的に高い硬度を有する質量部材４０に曲面を形成する必要がないため、小型のハプティックフィードバックデバイスの生産に有用に適用されることができる。
【００５１】
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第３実施例によるハプティックフィードバックデバイスを説明する。
【００５２】
本実施例によるハプティックフィードバックデバイス１００は、振動部材１０の形状において上述の実施例と区別されることができる。
【００５３】
本実施例による振動部材１０は、第１板部材１２及び第２板部材１４を含むことができる。
【００５４】
第１板部材１２は薄い板形状を有することができ、実質的に上下振動する振動手段であることができる。第１板部材１２の両端はケース１０２、１０４に固定されることができる。第１板部材１２は、金属、プラスチックなどの材質で製作されることができる。また、第１板部材１２は、所定のバネ定数Ｋを有することができる。ここで、第１板部材１２のバネ定数Ｋは、ハプティックフィードバックデバイス１００が１００〜３００Ｈｚの振動周波数を有する範囲内で決定されることができる。
【００５５】
第１板部材１２には、ケース１０２、１０４との締結のための締結孔が形成されることができる。即ち、第１板部材１２は、締結手段（ボルト、ピンなど）を介してケース１０２、１０４に固定されることができる。
【００５６】
尚、第１板部材１２は、第２板部材１４と連結される連結部１６を含むことができる。連結部１６は、第１板部材１２の両側面から延びて第１板部材１２の長さ方向の二等分地点の付近に形成されることができる。また、連結部１６の側面は、半径Ｒ４を有する曲面であることができる。このような形状の連結部１６は、質量部材４０の荷重が第１板部材１２の一部分に集中されることを最小化させることができる。
【００５７】
第２板部材１４は第１板部材１２と連結されることができる。具体的には、第２板部材１４は、連結部１６を介して第１板部材１２と一体に連結されることができる。より具体的には、第２板部材１４は、第１板部材１２とともにプレス加工によって一体に形成されることができる。このように形成された第２板部材１４は、第１板部材１２の平面に対して垂直方向に折り曲げられることができる。
【００５８】
第２板部材１４は、ハプティックフィードバックデバイス１００が相対的に低い振動周波数を有するように、所定の質量を有することができる。または、第２板部材１４は、所定の質量を有する質量部材４０を収容できる形状を有することができる。例えば、第２板部材１４は、図６に図示されたように、両端が同一方向に折り曲げられて質量部材４０と強固に結合されることができる。
【００５９】
尚、第２板部材１４の一面１５（第１板部材１２と向かい合う面）は曲面形状であることができ、この曲面の曲率半径は、振動部材１０の変形時に形成される曲率半径Ｒ２（図２参照）より小さいことができる。
【００６０】
また、第２板部材１４には多数の孔１８が形成されることができる。孔１８は、第２板部材１４の長さ方向（図６を基準としてＸ軸方向）に沿って一定間隔に形成されて、ボルトなどの締結手段が挿入されることができる。即ち、孔１８は、質量部材４０を第２板部材１４に固定するために用いられるものである。
【００６１】
質量部材４０は第２板部材１４と結合されることができる。具体的には、質量部材４０は、プレスフィット方式で第２板部材１４に固定されるか、接着剤によって付着されるか、またはボルトなどの締結手段によって第２板部材１４と結合されることができる。本実施例による質量部材４０は、第２板部材１４により形成される空間に完全に収容されるサイズを有することができる。即ち、質量部材４０は、第２板部材１４の一面１５から突出されないサイズを有することができる。
【００６２】
従って、本実施例によると、振動部材１０の振動時、第１板部材１２と質量部材４０が直接的に衝突しない。
【００６３】
一方、図面には図示されていないが、第２板部材１４が形成する空間には、第１板部材１２と第２板部材１４との間または第１板部材１２と質量部材４０との間の直接的な衝突を低減または遮断するための衝撃吸収部材がさらに形成されることができる。
【００６４】
このように構成された本実施例は、振動部材１０と質量部材４０の結合が容易であるだけでなく、質量部材４０に曲面を形成しなくても振動部材１０と質量部材４０との間の衝突を遮断することができる。
【００６５】
本発明は以上で説明される実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想の要旨を外れない範囲内で多様に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００  ハプティックフィードバックデバイス
１０２  上部ケース
１０４  下部ケース
１０  振動部材
１２  第１板部材
１４  第２板部材
２０  振動素子
３０  衝撃吸収部材
４０  質量部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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