KR20230085297A

KR20230085297A - 유연한 진동 쿠션 및 이의 구동 제어 방법

Info

Publication number: KR20230085297A
Application number: KR1020210173333A
Authority: KR
Inventors: 장경진; 박동철; 경기욱; 김현우; 마지형; 남종석; 김민기
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-06-14
Also published as: US20230172797A1

Abstract

본 발명은 커버부재의 내부에 쿠션력을 제공하기 위하여 충진되는 충전재를 연질 소재의 연성 충진재로 적용하고, 커버부재의 내부에 안마용 진동을 제공하기 위하여 내설되는 진동발생장치의 각 부품들도 유연한 연성 소재로 적용함으로써, 사용자에게 부드럽고 다양한 진동감을 전달하는 동시에 사용자의 피부에 작용하는 이물감을 최소화할 수 있도록 한 유연한 진동 쿠션 및 이의 구동 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

유연한 진동 쿠션 및 이의 구동 제어 방법{SOFT CUSHION VIBRATOR AND CONTROL METHOD FOR DRIVING THE SAME}

본 발명은 유연한 진동 쿠션 및 이의 구동 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 피부 접촉에 따른 이물감을 최소화하면서 사용자에게 안마를 위한 다양한 진동감을 전달할 수 있도록 한 유연한 진동 쿠션 및 이의 구동 제어 방법에 관한 것이다.

차량용 시트에 승객이 장시간 착석한 경우, 시트와 밀착된 승객의 신체 부분에 대한 압박감이 지속되어 경직 현상 및 근육통 등이 초래될 수 있는 바, 이를 해소하기 위하여 차량의 시트에는 승객의 신체를 마사지해 줄 수 있는 시트용 마사지 장치가 설치되고 있다.

종래 기술의 일례로서, 헤드레스트의 내부에 지압돌기를 갖는 쿠션부재 및 진동모터를 내장하여, 진동모터의 구동에 의하여 쿠션부재가 진동하는 동시에 쿠션부재의 지압돌기가 사용자의 목 부분을 마사지하는 안마장치가 공지되어 있다.

그러나, 상기 쿠션부재의 지압돌기가 사용자가 피부에 직접적으로 접촉하며 진동함에 따라 사용자 입장에서 오히려 이물감을 느끼는 등 불편함을 줄 수 있다.

더욱이, 상기 헤드레스트의 내부에 내장된 진동모터를 비롯하여 쿠션부재의 지압돌기 등이 모두 단단한 경질 소재의 부품으로 되어 있기 때문에 사용자의 밀착도에 따라 피부에 작용하는 이물감이 증가하여 사용자가 느끼는 불편함이 가중될 수 있다.

종래 기술의 다른 예로서, 사용자가 착용 가능한 자켓의 내부에 진동모터 내지 회전형 안마구를 내장하여, 진동모터의 구동 또는 회전형 안마구의 회전 운동에 의한 사용자의 신체에 대한 안마가 이루어지도록 한 안마기구가 공지되어 있다.

그러나, 상기 진동모터를 비롯하여 회전형 안마구 등도 모두 단단한 경질 소재의 부품으로 되어 있기 때문에 사용자의 밀착도에 따라 피부에 작용하는 이물감이 증가하여 사용자가 느끼는 불편함이 가중될 수 있다.

이와 같이, 종래의 안마장치 내지 안마기구들은 그 내부에 내장되는 부품들이 모두 단단한 경질 소재의 부품으로 되어 있기 때문에 사용자의 밀착도에 따라 피부에 작용하는 이물감이 증가하여 사용자가 느끼는 불편함이 가중될 수 있으므로, 이를 해소할 수 있는 진동제공장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 커버부재의 내부에 쿠션력을 제공하기 위하여 충진되는 충전재를 연질 소재의 연성 충진재로 적용하고, 커버부재의 내부에 안마용 진동을 제공하기 위하여 내설되는 진동발생장치의 각 부품들도 유연한 연성 소재로 적용함으로써, 사용자에게 부드럽고 다양한 진동감을 전달하는 동시에 사용자의 피부에 작용하는 이물감을 최소화할 수 있도록 한 유연한 진동 쿠션 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 커버부재; 상기 커버부재의 내부에 충진되는 연성 충진재; 및 연성 소재의 부품들로 조립되어 상기 연성 충진재 내에 배치되고, 정전기력의 발생 및 해제가 반복됨에 따라 진동을 발생시키는 진동발생장치; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션을 제공한다.

특히, 상기 진동발생장치는: 전극이 코팅된 기판; 상기 기판의 전면부에 접합되는 전기활성 고분자막; 상기 기판과 전기활성 고분자막 간의 공간에 주입되는 유전성 유체; 및 상기 유전성 유체에 코팅되어 상기 기판의 전극과 서로 마주보며 접촉되는 유연전극; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기판의 배면부에는 진동발생장치에서 발생되는 진동이 기판의 배면쪽 연성 충진재로 흡수되거나 반사되는 것을 한정하기 위한 지지구조물이 더 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기활성 고분자막은 탄성력을 갖는 고분자 물질을 이용하여 볼록한 막 구조물로 제작된 것임을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유연전극은 탄소나노뉴브, 금속나노입자, 그래핀, 전도성 고분자, 하이드로젤 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지지구조물은 진동 쿠션의 사용 목적 및 적용처에 따라 서로 다른 크기 및 경도를 갖는 소재를 제작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기활성 고분자막이 표면전하유도 현상을 일으키는 PVC-gel 소재로 제작되는 경우, 전기활성 고분자막의 외측단부에 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극을 사이에 두고 적층되는 전하이동단이 연장 형성되는 것을 특징으로 한다,

이에, 상기 기판에 전원이 공급될 때, 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 정전기력이 발생하여, 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 상기 기판의 외측부에 밀착되는 동시에 상기 유전성 유체가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리면서 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 가압함으로써, 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 진동 발생을 위하여 전방으로 돌출될 수 있다.

반면, 상기 기판에 전원이 차단되면, 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 발생하던 정전기력이 해제되어, 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 본래 위치로 복귀되는 동시에 상기 유전성 유체가 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 가압하던 압력이 해제됨으로써, 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 진동 발생을 위하여 본래 위치로 수축되며 후퇴될 수 있다.

한편, 상기 진동 쿠션이 헤드레스트의 내부에 내설되는 경우, 상기 진동발생장치의 지지구조물의 뒤쪽에 연성 충진재에 비하여 경도가 높은 고경도의 연성 충진재가 더 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 전류를 인가하는 온 구간과 전류를 차단하는 오프 구간이 반복되는 사각파 펄스 형태의 목표 전류를 제어기에서 기판에 인가하는 단계; 상기 온 구간에서 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 정전기력이 발생하여, 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 팽창하며 전방을 향하여 돌출되는 단계; 및 상기 오프 구간에서 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 정전기력이 해제되어, 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 후퇴되는 단계; 를 포함하고, 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분의 전방 돌출과 본래 위치로의 후퇴가 반복되어 진동이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법을 제공한다.

상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 팽창하며 전방을 향하여 돌출되는 단계는: 상기 정전기력의 발생에 의하여 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 상기 기판의 외측부에 밀착되면서 수축되는 단계와, 상기 전기활성 고분자막과 기판의 사이공간에 충진된 유전성 유체가 바깥쪽에서 안쪽으로 가압되며 밀리는 단계와, 상기 유전성 유체가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리면서 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 전방으로 밀어내는 압력으로 작용하는 단계에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 후퇴되는 단계는: 상기 정전기력의 해제에 의하여 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 본래 위치로 복귀되어 상기 전기활성 고분자막과 기판이 서로 본래 거리로 이격되는 단계와, 상기 유전성 유체가 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 전방으로 밀어내던 압력이 해제되는 단계를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 진동 쿠션 제어 방법은, 상기 제어기에 차량 제어기로부터 안전을 위한 경고, 차량 목적지 안내, 경유지 표지, 차량의 진행 방향 중 어느 하나의 차량 정보가 제공되는 단계; 상기 제어기에서 차량 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 진동발생장치의 기판에 인가하는 단계; 및 상기 진동발생장치에서 상기 차량 정보에 맞는 전류 인가 패턴에 따라 차량 정보에 맞는 진동을 발생시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 진동 쿠션 제어 방법은, 상기 제어기에 차량 제어기로부터 음원 정보가 제공되는 단계; 상기 제어기에서 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 진동발생장치의 기판에 인가하는 단계; 및 상기 진동발생장치에서 상기 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴에 따라 리듬감을 갖는 진동을 발생시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 외피인 커버부재 및 커버부재의 내부에 충진되는 연성 충진재 뿐만 아니라, 연성 충진재 내에 배치되어 진동을 발생시키는 진동발생장치도 연성 소재로 구비됨으로써, 사용자의 피부가 접촉하였을 때 이물감 및 통증 등을 최소화할 수 있고, 차량 충돌 등과 같은 상황이 발생하였을 때 진동 쿠션과 접촉하는 사용자의 신체에 국부적인 압력 집중이 작용하여 상해를 입을 수 있는 현상을 최소화 내지 방지할 수 있다.

둘째, 사용자의 피부가 진동 쿠션에 접촉하였을 때 진동발생장치가 구동되더라도 이물감이 없으므로, 사용자는 부드럽고 안락한 안마 효과를 느낄 수 있다.

셋째, 진동발생장치의 진동 진폭 및 주파수 등을 포함하는 진동의 패턴 변화을 자유롭게 변형시킬 수 있도록 함으로써, 사용자에게 전달되는 진동감이 다양하게 이루어질 수 있고, 그에 따라 사용자가 원하는 안마감을 선택할 수 있다.

넷째, 본 발명의 진동 쿠션은 차량의 시트를 구성하는 헤드레스트 내에 장착될 수 있고, 또는 별물형으로 제작되어 시트의 원하는 부분에 장착하여 사용할 수 있으며, 또는 기타 침구류, 의자 등에 장착하여 사용할 수 있는 등 사용자의 취향 및 용도에 따라 다양하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션의 진동발생장치를 도시한 정면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션의 진동 작동 원리를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션이 차량의 헤드레스트 외부에 장착된 예를 도시한 측단면도,
도 7 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션이 차량의 헤드레스트에 내설된 예를 도시한 측단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션의 진동발생장치를 도시한 정면도이다.

본 발명의 진동 쿠션(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 외피인 커버부재(102)와, 연질의 소재로 만들어져 커버부재(102)의 내부에 충진되는 연성 충진재(101)와, 연성 충진재(101) 내에 배치되어 실질적인 안마용 진동을 발생시키는 진동발생장치(110)를 포함하여 구성된다.

상기 커버부재(102)는 실질적으로 사용자의 피부에 닿는 부분으로서 연성 충진재(101)를 밀봉하기 위하여 가죽, 직물 등이 사용될 수 있고, 그 밖에 잘 알려진 다양한 외피 소재 등도 사용될 수 있다.

상기 연성 충전재(101)는 일종의 완충재로서, 진동 쿠션의 형상을 유지하는 동시에 사용자의 신체가 닿을 때의 압력에 의하여 자연스럽게 변형될 수 있는 수준의 충분한 연성을 갖는 소재(예, 스폰지, 폼 패드 등)를 사용하는 것이 바람직이다.

특히, 본 발명에 따른 진동 쿠션(100)의 진동발생장치(110)도 사용자의 신체 접촉시 이물감을 최소화하기 위하여 연질 소재의 부품들이 상호 조립된 구조로 구비된다.

이를 위해, 상기 진동발생장치(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전극(115)이 코팅된 기판(112)과, 상기 기판(112)의 전면부에 부착되는 전기활성 고분자막(111)과, 상기 기판(112)과 전기활성 고분자막(111) 간의 공간에 주입되는 유전성 유체(113)와, 상기 유전성 유체(113)에 코팅되어 상기 기판(112)의 전극(115)과 서로 마주보며 접촉하는 유연전극(114)을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 기판(112)의 배면부에는 진동발생장치(110)의 구성 중 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)과 유전성 유체(112) 등에서 발생되는 진동이 기판(112)의 배면쪽 연성 충진재(101)로 흡수되거나 반사되는 것을 한정하기 위한 지지구조물(116)이 더 연결된다.

상기 전기활성 고분자막(111)은 팽창 및 수축이 가능하도록 탄성력을 갖는 고분자(Polymer) 물질을 이용하여 제작된 것으로서, 상기 기판(112)의 전면부에 물리적 형상 변화 가능하게 접합된다.

예를 들어, 상기 전기활성 고분자막(111)은 탄성력을 갖는 고분자(Polymer) 물질을 이용하여 볼록한 막 구조물로 제작되어 상기 기판(112)의 전면부에 접합되고, 물리적 형상 변화로서 반복적인 팽창 및 수축 운동을 하며 진동을 발생시키는 기능을 한다.

또한, 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부에서 그 전면부에는 전기활성 고분자막(111)의 진동과 같은 물리적 형상 변화에도 전도성을 유지할 수 있는 유연전극(114)이 코팅되거나 부착되는 바, 이 유연전극(114)의 소재로서 탄소나노뉴브, 금속나노입자, 그래핀, 전도성 고분자, 하이드로젤 등 다양한 전도성 소재들이 사용될 수 있다.

이때, 상기 전기활성 고분자막(111)은 볼록한 막 구조물 형상으로 제작됨에 따라, 상기 기판(112)의 전면부와 상기 전기활성 고분자막(111)의 배면부 사이에 상기 유전성 유체(113)를 충진하기 위한 공간이 형성된다.

이에, 상기 유전성 유체(113)가 상기 기판(112)의 전면부와 상기 전기활성 고분자막(111)의 배면부 사이공간에 용이하게 주입될 수 있다.

바람직하게는, 상기 기판(112)의 전면부에 전기활성 고분자막(111)을 접합시킬 때, 일부 국부적인 부분을 접합되지 않은 부분으로 남겨두고, 이 접합되지 않은 부분을 통하여 유전성 유체(113)를 주입한 다음, 접합되지 않는 부분을 밀봉함으로써, 상기 기판(112)의 전면부와 전기활성 고분자막(111)의 배면부 사이공간에 주입된 유전성 유체(113)가 유출되지 않게 밀봉 처리될 수 있다.

이때. 상기 기판(112)의 전면 외측부에는 상기 전기활성 고분자막(111)에 코팅된 유연전극(114)과 서로 마주보는 쌍을 이루며 도전 가능하게 접촉하는 전극(115)이 코팅되는 바, 이 전극(115)은 기판(112)의 유연성 정도에 따라 유연전극으로 채택될 수 있다.

한편, 상기 지지구조물(116)은 진동발생장치(110)의 구성 중 가장 뒤쪽에 위치하며 연성충전재(101)로 둘러싸이는 부품으로서, 진동발생장치(110)의 구성 중 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)과 유전성 유체(112) 등에서 발생되는 진동이 기판(112)의 배면쪽 연성 충진재(101)로 흡수되거나 반사되는 정도를 변화시킬 수 있는 크기 및 소재로 제작되는 것이 바람직하다.

더 상세하게는, 상기 지지구조물(116)은 연성충전재(101)와의 접촉면이 넓고 단단한 소재일수록 더 많은 진동감을 전달하는데 유리한 반면 진동쿠션(100)의 소프트한 접촉 만족감을 낮출 수 있으므로, 상기 지지구조물(116)을 진동 쿠션의 사용 목적 및 적용처에 따라 적절한 크기와 경도를 갖는 소재를 선택하여 제작함으로써, 지지구조물로부터 전달되는 진동이 연성 충진재(101)로 흡수되거나 반사되는 정도를 조절할 수 있다.

이와 같이, 사용자의 신체와 접촉하는 커버부재(102) 및 연성 충진재(101) 외에 실질적인 안마용 진동을 발생시키는 진동발생장치(110)의 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)과 유전성 유체(112) 등이 연질 소재로 구성됨으로써, 사용자의 피부가 접촉하였을 때 이물감을 최소화할 수 있다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 진동 쿠션에 대한 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션의 진동 작동 원리를 도시한 단면도이다.

상기 기판(112)에 외부 전원(301)이 연결된 상태에서 외부 전원(301)으로부터 기판(112)을 통하여 전극(115)에 전원이 공급되면, 상기 기판(112)에 코팅된 전극(115)과 상기 전기활성 고분자막(111)에 코팅된 유연전극(114) 사이에 전기장에 의한 인력 즉, 정전기력이 발생하게 된다.

위와 같이 발생된 정전기력에 의하여 상기 유연전극(114)이 코팅된 전기활성 고분자막(111)의 외측단부(테두리 부분)과 상기 전극(115)이 코팅된 기판(112)의 외측부(테두리 부분)가 서로 밀착되는 현상이 발생된다.

실질적으로, 위와 같이 발생된 정전기력에 의하여 도 3에서 보듯이 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부(테두리 부분)가 상기 기판(112)의 표면에 대하여 밀착되는 수축 현상이 발생된다.

이때, 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부가 기판(112)의 표면에 대하여 밀착되면서 상기 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)의 사이공간에 충진된 유전성 유체(113)를 바깥쪽에서 안쪽으로 가압하게 된다.

연이어, 상기 유전성 유체(113)가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리면서 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분을 전방으로 밀어내는 압력으로 작용함으로써, 도 3에서 보듯이 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 진동 발생을 위하여 팽창하며 전방을 향하여 돌출된다.

반면, 상기 외부 전원(301)으로부터 전극(115)에 공급되전 전원이 차단되면, 상기 기판(112)에 코팅된 전극(115)과 상기 전기활성 고분자막(111)에 코팅된 유연전극(114) 사이에서 발생하던 정전기력이 해제된다.

이에, 상기 정전기력의 해제에 의하여 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부가 본래 위치로 복귀되고, 상기 유전성 유체(113)가 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분을 전방으로 밀어내며 가압하던 압력이 해제되어 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 진동 발생을 위하여 본래 위치로 수축되며 후퇴될 수 있다.

이와 같이, 상기 정전기력에 의하여 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 팽창하며 전방으로 돌출되는 동작과, 상기 정전기력의 해제에 의하여 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 후퇴되는 동작 등을 포함하는 물리적 형상 변화가 반복됨으로써, 안마를 위한 진동이 발생될 수 있다.

한편, 상기 외부전원(301)의 공급을 시간에 따라 변화시키며 공급할 경우, 상기 전기활성 고분자막(111)의 팽창 정도가 시간에 따라 변하면서 진동과 같은 물리감을 발생시키게 되는 바, 이때의 진동 크기와 주파수는 공급되는 전원의 크기 및 주파수와 연동하게 된다.

예를 들어, 상기 외부전원(301)으로부터 더 높은 전압이 공급될수록 유연전극(114)과 전극(115) 사이에 더 강한 정전기력이 발생하게 되므로, 상기 전기활성 고분자막(111)과 기판(112) 간의 밀착면적이 더 넓어질 수 있고, 상기 유전성 유체(113)가 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분을 밀어내려는 압력이 더 증가하여 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 더 돌출됨으로써, 안마를 위한 진동 크기가 증가될 수 있다.

첨부한 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션을 도시한 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예는 동일한 전원에 대하여 더 큰 정전기력을 발생시킬 수 있도록 상기 전기활성 고분자막(111)을 유전율이 큰 소재이면서 표면전하유도 현상을 잘 일으키는 PVC-gel 소재로 만들어진 점에 특징이 있다.

이를 위해, 상기 PVC-gel 소재로 만들어진 전기활성 고분자막(111)의 외측단부에 도 4에 도시된 바와 같이 전하이동단(111-1)을 연장 형성하여, 상기 기판(112)의 전극(115) 위에 적층되게 부착한다.

이에, 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부에서 그 전면부에 코팅된 유연전극(114)과 상기 기판(112)의 전극(115)이 상기 전기활성 고분자막(111)의 전하이동단(111-1)을 사이에 두고 서로 마주보는 상태가 된다.

따라서, 상기 외부 전원(301)으로부터 기판(112)을 통하여 전극(115)에 전원이 공급되면, 도 4에서 보듯이 상기 전하이동단(111-1)에서 전하(302)가 전극(115)쪽으로 이동하여 양극인 전극(115)과 전하 사이의 거리가 단축됨으로써, 동일한 전압이 인가되는 조건에서 상기 전극(115)과 유연전극(114) 사이에 더 강한 정전기력이 발생하게 된다.

위와 같이, 상기 전극(115)과 유연전극(114) 사이에 더 강한 정전기력이 발생되면, 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부가 기판(112)의 표면에 대하여 더 강하게 밀착되면서 상기 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)의 사이공간에 충진된 유전성 유체(113)를 바깥쪽에서 안쪽으로 더 강하게 가압하게 된다.

이와 동시에, 상기 유전성 유체(113)가 바깥쪽에서 안쪽으로 더 밀리면서 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분을 전방으로 밀어내는 압력이 더 증가함으로써, 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 팽창하며 전방으로 돌출되는 길이가 더 증가할 수 있고, 그에 따라 안마를 위한 진동 세기를 증가시킬 수 있는 등 진동발생장치의 진동 발생 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 유연한 진동 쿠션에 대한 구동 제어 방법의 일례를 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션이 차량의 헤드레스트 외부에 장착된 예를 도시한 측단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진동 쿠션(100)이 차량의 헤드레스트 외부에 신축 밴드(503)에 의하여 장착될 수 있다.

또한, 상기 진동 쿠션(100)의 내부에 존재하는 진동발생장치(110)에 전류 제어를 위한 드라이버인 제어회로(502-2) 및 컨트롤 보드(502-1)를 포함하는 제어기(502)가 연결될 수 있고, 이 제어기(502)는 시트백의 내부 또는 시트 뒤쪽의 수납함 등에 장착될 수 있다.

먼저, 상기 제어기(502)에서 전류를 인가하는 온(ON) 구간과 전류를 차단하는 오프(OFF) 구간이 반복되는 사각파 펄스 형태의 목표 전류를 준비한다(S101).

이어서, 상기 외부 전원(301)으로부터 진동발생장치(110)로 전원이 공급되면, 상기 제어기(502)에서 전류를 인가하는 온(ON) 구간과 전류를 차단하는 오프(OFF) 구간이 반복되는 사각파 펄스 형태의 목표 전류를 상기 기판(112)에 인가한다(S102).

이때, 상기 제어기(502)에서 전류를 인가하는 온(ON) 구간에 의하여 상기 기판(112)을 통하여 전극(115)에 전류가 공급되면, 상기 기판(112)에 코팅된 전극(115)과 상기 전기활성 고분자막(111)에 코팅된 유연전극(114) 사이에서 정전기력이 발생하게 된다(S103).

위와 같이 발생된 정전기력에 의하여 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부(테두리 부분)과 상기 기판(112)의 외측부(테두리 부분)가 서로 밀착되는 현상이 발생된다(S104).

이어서, 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부가 기판(112)의 표면에 대하여 밀착되면서 상기 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)의 사이공간에 충진된 유전성 유체(113)를 바깥쪽에서 안쪽으로 가압하게 되어 유전성 유체(113)가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리게 된다(S105).

연이어, 상기 유전성 유체(113)가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리면서 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분을 전방으로 밀어내는 압력으로 작용함으로써, 도 3에서 보듯이 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 팽창하며 전방을 향하여 돌출된다(S106).

반면, 상기 제어기(502)에서 전류를 차단하는 오프(OFF) 구간에 의하여 상기 전극(115)에 대한 전류가 차단되면, 상기 기판(112)에 코팅된 전극(115)과 상기 전기활성 고분자막(111)에 코팅된 유연전극(114) 사이에서 발생하던 정전기력이 해제된다(S107).

이에, 상기 정전기력의 해제에 의하여 상기 전기활성 고분자막(111)의 외측단부가 본래 위치로 복귀되어, 상기 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)이 서로 본래 거리로 이격되는 상태가 된다(S108).

연이어, 상기 유전성 유체(113)가 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분을 전방으로 밀어내던 압력이 해제되어 유전성 유체(113)가 전기활성 고분자막(111)의 내부에 고르게 분포하게 되고(S109), 상기 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 복귀된다(S110).

이때, 상기 제어기(502)에서 전류를 인가하는 온(ON) 구간과 전류를 차단하는 오프(OFF) 구간이 반복되는 사각파 펄스 형태의 목표 전류를 원하는 주기 및 지속 시간으로 인가되었는지 확인한다(S111).

확인 결과, 목표 전류를 원하는 주기 및 지속 시간으로 인가하였으면 종료하고, 그렇지 않으면 목표 전류를 원하는 주기 및 지속 시간까지 인가한다.

위와 같이, 상기 정전기력에 의하여 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 팽창하며 전방으로 돌출되는 동작과, 상기 정전기력의 해제에 의하여 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 복귀되는 동작 등을 포함하는 물리적 형상 변화가 반복됨으로써, 안마를 위한 진동이 발생될 수 있고(S112), 이때의 진동이 사용자에게 전달되어 안마가 이루어질 수 있다(S113).

한편, 상기 진동발생장치(110)는 안마를 위한 진동 외에 전류 인가 패턴에 따라 다양한 형태의 진동을 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 차량 제어기로부터 안전을 위한 경고, 차량 목적지 안내, 경유지 표지, 차량의 진행 방향 등과 같은 다양한 정보가 상기 제어기(502)로 제공되면, 제어기(502)에서 해당 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 기판의 전극에 인가함으로써, 사용자에게 다양한 정보(경고, 안내, 표지, 방향 인식 등)에 해당하는 진동감을 제공할 수 있고, 사용자는 촉각을 통하여 정보를 인식할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제어기(502)에 차량 제어기로부터 안전을 위한 경고, 차량 목적지 안내, 경유지 표지, 차량의 진행 방향 중 어느 하나의 차량 정보가 제공되면, 상기 제어기(502)에서 차량 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 진동발생장치의 기판에 인가함으로써, 상기와 같은 진동 발생 원리에 의거하여 진동발생장치에서 상기 차량 정보에 맞는 전류 인가 패턴에 따른 진동을 발생시킬 수 있고, 그에 따라 사용자는 촉각을 통하여 해당 차량 정보를 인식할 수 있다.

또는, 차량 제어기로부터 음원 정보가 상기 제어기(502)로 제공되면, 제어기(502)에서 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 기판의 전극에 인가함으로써, 음악 등을 감상할 때의 리듬감에 맞는 진동을 사용자에게 제공할 수 있고, 사용자는 촉각을 통하여 음악 리듬감을 느낄 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제어기(502)에 차량 제어기로부터 음원 정보가 제공되면, 상기 제어기(502)에서 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 진동발생장치의 기판에 인가함으로써, 상기와 같은 진동 발생 원리에 의거하여 상기 진동발생장치에서 상기 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴에 따른 리듬감을 갖는 진동을 발생시킬 수 있고, 사용자가 음악 청취시 촉각을 통하여 음악 리듬감을 느낄 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 진동 쿠션은 차량용 시트의 헤드레스트에 내설될 수 있다.

첨부한 도 7 본 발명의 다른 실시예에 따른 유연한 진동 쿠션이 차량의 헤드레스트에 내설된 예를 도시한 측단면도이다.

본 발명에 따른 진동 쿠션(100)이 차량의 헤드레스트(601)의 내부에 내설되는 경우, 상기 헤드레스트(601)의 내부에는 커버부재(102)로 밀봉된 연성 충진재(101)가 내설되고, 이 연성 충진재(101)의 내부에 진동발생장치(110)가 배치된다.

바람직하게는, 상기 연성 충진재(101) 내의 진동발생장치(110)는 승객에게 진동이 잘 전달될 수 있도록 승객의 뒷머리 아래쪽과 근접한 헤드레스트(601)의 앞쪽 내부에 배치되도록 한다.

특히, 상기 진동발생장치(110)가 상기한 작동 원리에 의하여 진동을 발생시킬 때, 그 위치가 가변되지 않은 채 충분한 반력을 얻을 수 있도록 진동발생장치(110)의 구성 중 지지구조물(116)의 뒤쪽에 연성 충진재(101)에 비하여 경도가 높은 고경도의 연성 충진재(604)가 부착될 수 있다.

상기 연성 충진재(101)에 비하여 상기 지지구조물(116)의 뒤쪽에 부착되는 고경도의 연성 충전재(604)의 경도는 약 30~70% 높은 경도를 사용하는 것이 바람직하다.

이에, 승객은 연성 충진재(101)에 의하여 부드러운 촉감을 느낄 수 있고, 상기 진동발생장치(110)가 상기한 작동 원리에 의하여 진동을 발생시킬 때의 반력을 상기 고경도의 연성 충진재(604)에서 용이하게 흡수하며 지지하게 된다.

위와 같이, 본 발명의 진동 쿠션이 헤드레스트에 내설된 경우에도 상기한 바와 같이 정전기력에 의하여 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 팽창하며 전방으로 돌출되는 동작과, 상기 정전기력의 해제에 의하여 전기활성 고분자막(111)의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 복귀되는 동작 등을 포함하는 물리적 형상 변화가 반복됨으로써, 안마를 위한 진동이 발생될 수 있고, 이때의 진동이 승객에게 전달되어 안마가 이루어질 수 있다.

마찬가지로, 차량 제어기로부터 안전을 위한 경고, 차량 목적지 안내, 경유지 표지, 차량의 진행 방향 등과 같은 다양한 정보가 상기 제어기(502)로 제공되면, 제어기(502)에서 해당 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 기판의 전극에 인가함으로써, 승객(특히, 운전자)에게 다양한 정보(경고, 안내, 표지, 방향 인식 등)에 해당하는 진동감을 제공할 수 있고, 승객은 촉각을 통하여 정보를 인식할 수 있다.

또한, 차량 제어기로부터 음원 정보가 상기 제어기(502)로 제공되면, 제어기(502)에서 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 기판의 전극에 인가함으로써, 음악 등을 감상할 때의 리듬감에 맞는 진동을 사용자에게 제공할 수 있고, 승객은 촉각을 통하여 음악 리듬감을 느낄 수 있다.

이와 같이, 사용자의 신체와 접촉하는 커버부재(102) 및 연성 충진재(101) 외에 실질적인 안마용 진동을 발생시키는 진동발생장치(110)의 전기활성 고분자막(111)과 기판(112)과 유전성 유체(112) 등이 연질 소재로 구성됨으로써, 사용자의 피부가 접촉하였을 때 이물감을 최소화할 수 있고, 차량 충돌 등과 같은 상황이 발생하였을 때 진동 쿠션과 접촉하는 사용자의 신체에 국부적인 압력 집중이 작용하여 상해를 입을 수 있는 현상을 최소화 내지 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 진동발생장치의 진동 진폭 및 주파수 등을 포함하는 진동의 패턴 변화을 자유롭게 변형시킬 수 있도록 함으로써, 사용자에게 전달되는 진동감이 다양하게 이루어질 수 있다.

이상으로 본 발명을 다양한 실시예로서 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 하기의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다 할 것이다.

100 : 진동 쿠션
101 : 연성 충진재
102 : 커버부재
110 : 진동발생장치
111 : 전기활성 고분자막
111-1 : 전하이동단
112 : 기판
113 : 유전성 유체
114 : 유연전극
115 : 전극
116 : 지지구조물
301 : 외부 전원
302 : 전하
502 : 제어기
502-1 : 컨트롤 보드
502-2 : 제어회로
503 : 신축 밴드
601 : 헤드레스트
604 : 고경도의 연성 충진재

Claims

커버부재;
상기 커버부재의 내부에 충진되는 연성 충진재; 및
연성 소재의 부품들로 조립되어 상기 연성 충진재 내에 배치되고, 정전기력의 발생 및 해제가 반복됨에 따라 진동을 발생시키는 진동발생장치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 1에 있어서,
상기 진동발생장치는:
전극이 코팅된 기판;
상기 기판의 전면부에 접합되는 전기활성 고분자막;
상기 기판과 전기활성 고분자막 간의 공간에 주입되는 유전성 유체; 및
상기 유전성 유체에 코팅되어 상기 기판의 전극과 서로 마주보며 접촉되는 유연전극;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 2에 있어서,
상기 기판의 배면부에는 진동발생장치에서 발생되는 진동이 기판의 배면쪽 연성 충진재로 흡수되거나 반사되는 것을 한정하기 위한 지지구조물이 더 연결되는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 2에 있어서,
상기 전기활성 고분자막은 탄성력을 갖는 고분자 물질을 이용하여 볼록한 막 구조물로 제작된 것임을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 2에 있어서,
상기 유연전극은 탄소나노뉴브, 금속나노입자, 그래핀, 전도성 고분자, 하이드로젤 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 2에 있어서,
상기 전기활성 고분자막이 표면전하유도 현상을 일으키는 PVC-gel 소재로 제작되는 경우, 전기활성 고분자막의 외측단부에 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극을 사이에 두고 적층되는 전하이동단이 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 2에 있어서,
상기 기판에 전원이 공급될 때, 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 정전기력이 발생하여, 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 상기 기판의 외측부에 밀착되는 동시에 상기 유전성 유체가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리면서 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 가압함으로써, 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 진동 발생을 위하여 전방으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
청구항 7에 있어서,
상기 기판에 전원이 차단되면, 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 발생하던 정전기력이 해제되어, 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 본래 위치로 복귀되는 동시에 상기 유전성 유체가 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 가압하던 압력이 해제됨으로써, 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 진동 발생을 위하여 본래 위치로 수축되며 후퇴되는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션
청구항 3에 있어서,
상기 진동 쿠션이 헤드레스트의 내부에 내설되는 경우, 상기 진동발생장치의 지지구조물의 뒤쪽에 연성 충진재에 비하여 경도가 높은 고경도의 연성 충진재가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션.
전류를 인가하는 온 구간과 전류를 차단하는 오프 구간이 반복되는 사각파 펄스 형태의 목표 전류를 제어기에서 기판에 인가하는 단계;
상기 온 구간에서 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 정전기력이 발생하여, 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 팽창하며 전방을 향하여 돌출되는 단계; 및
상기 오프 구간에서 상기 기판에 코팅된 전극과 상기 전기활성 고분자막에 코팅된 유연전극 사이에서 정전기력이 해제되어, 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 후퇴되는 단계;
를 포함하고,
상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분의 전방 돌출과 본래 위치로의 후퇴가 반복되어 진동이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 팽창하며 전방을 향하여 돌출되는 단계는:
상기 정전기력의 발생에 의하여 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 상기 기판의 외측부에 밀착되면서 수축되는 단계와, 상기 전기활성 고분자막과 기판의 사이공간에 충진된 유전성 유체가 바깥쪽에서 안쪽으로 가압되며 밀리는 단계와, 상기 유전성 유체가 바깥쪽에서 안쪽으로 밀리면서 상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 전방으로 밀어내는 압력으로 작용하는 단계에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 전기활성 고분자막의 중앙 부분이 본래 위치로 수축되며 후퇴되는 단계는:
상기 정전기력의 해제에 의하여 상기 전기활성 고분자막의 외측단부가 본래 위치로 복귀되어 상기 전기활성 고분자막과 기판이 서로 본래 거리로 이격되는 단계와, 상기 유전성 유체가 전기활성 고분자막의 중앙 부분을 전방으로 밀어내던 압력이 해제되는 단계를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제어기에 차량 제어기로부터 안전을 위한 경고, 차량 목적지 안내, 경유지 표지, 차량의 진행 방향 중 어느 하나의 차량 정보가 제공되는 단계;
상기 제어기에서 차량 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 진동발생장치의 기판에 인가하는 단계; 및
상기 진동발생장치에서 상기 차량 정보에 맞는 전류 인가 패턴에 따라 차량 정보에 맞는 진동을 발생시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제어기에 차량 제어기로부터 음원 정보가 제공되는 단계;
상기 제어기에서 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴을 선택하여 진동발생장치의 기판에 인가하는 단계; 및
상기 진동발생장치에서 상기 음원 정보에 맞는 전류 인가 패턴에 따라 리듬감을 갖는 진동을 발생시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 진동 쿠션의 구동 제어 방법.