KR100318245B1 - 압전체 소자 - Google Patents

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KR100318245B1
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무라타 야스타카
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Abstract

본 발명에 따른 압전체 소자는 크기가 매우 작고, 높은 전기기계 결합계수를 가지고, 회로에 용이하게 임피던스-정합(impedance-match)시킬 수 있다. 두 개의 빗모양 전극을 포함하는 교차지전극은 판모양 압전체 부재의 한 면에 제공된다. 이와 유사하게, 두 개의 빗모양 전극을 포함하는 교차지전극은 판모양 압전체 멤버의 다른 면에도 제공된다. 빗모양 전극의 각각의 두 쌍 사이에 전기장을 가함으로써 압전체 부재는 분극처리 된다. 또한, 각각의 교차지전극에 빗모양 전극의 하나를 접속한 단자와 각각의 교차지전극에 빗모양 전극의 또 다른 하나를 접속한 또 다른 단자와의 사이에 여진을 위한 전기장을 인가함으로써, 압전체 부재가 길이 방향으로 팽창, 및 수축을 함에 따라, 횡방향 모드에서의 길이 방향 진동은 여진된다.

Description

압전체 소자 {Piezoelectric Element}
본 발명은 압전체 소자, 보다 상세하게는 정보 처리, 및 통신과 같은 과학기술 분야에 이용되어지고, 공진자 및 필터 등과 같은 기능이 있는 압전체 소자에 관한 발명이다.
압전체 소자는 예를들어 압전 자기(piezoelectric ceramic)로 만들어진 압전체 부재(piesoelectric member)를 포함한다. 이런 유형의 압전체 부재는 정방형 진동모드 또는 두께 진동 모드(thickness vibration mode)에서의 진동에 적합하므로 광범위하게 이용된다.
도 10은 정방형 진동모드에서의 진동에 적합한 압전체 소자 1를 보여준다. 압전체 소자 1은 정방형 판모양의 압전체 부재 2를 포함하고, 전극 3, 및 4는 압전체 부재 2의 각 주면상에 형성된다.
압전체 부재 2는 화살표 5가 지시하는 방향으로 분극처리 되어있고, 단자 6, 및 7을 통하여 전극 3, 및 4 사이에 전기장을 가하여 정방형 진동은 여진된다.
도 11은 가로방향 진동 모드(unstiffened vibration mode)를 이용한 압전체 소자 8을 나타낸다. 압전체 소자 8은 박판(thin plate) 모양의 압전 부재 9를 포함하고, 전극 10, 11은 압전체 부재 9의 주면상에 형성된다.
압전체 부재 9는 화살표 12가 지시하는 방향으로 분극처리 되어있고, 단자 13, 14를 통하여 전극 10, 11 사이에 전기장을 가하여 가로방향 모드에서 세로방향의 진동이 여진된다.
도 12는 세로방향 진동 모드(stiffened vibration mode)를 이용한 압전체 소자 15를 나타낸다. 압전체 소자 15는 박판(thin plate) 또는 봉(rod)형상의 압전체 부재 16을 포함하고, 전극 17, 18은 압전체 부재 16의 주면상에 형성된다.
압전체 부재 16은 화살표 19가 지시하는 방향으로 분극처리 되어있고, 단자 20, 21을 통하여 전극 17, 18 사이에 전기장을 가하여 종방향 모드에서 길이방향의 진동이 여진(excite)된다.
그러나, 도 10, 도 11, 및 도 12에 나타난 압전체 소자 1, 8, 및 15는 각각 하기의 불리함이 있다.
첫번째로, 도 10에 나타난 압전체 소자 1은 비교적 커서, 그러한 압전체 소자 1을 포함하는 회로 또는 장치가 소형화 되는 것을 방해한다. 예를들어, 압전체 소자 1이 455kHz 라디오에서 AM 중간 주파수 필터(middle frequency filter)로 이용될 때, 압전체 부재 2는 거의 5mm × 5mm의 크기를 가지는 정방형 판모양의 압전체 부재가 되어야 한다. 이것은 그러한 압전체 부재 2를 포함하는 전기회로 또는 장치를 소형화 하는데 심각한 장애물이 된다.
더욱이, 도 11에 나타난 압전체 소자 8의 경우에, 압전체 소자 8을 작게 만들기 위해서 압전체 부재 9를 거의 4mm 길이의 박판모양의 형상을 가지게 할 경우에는 광 필터 통과 대역(wide filter pass band)이 이루어 질 수 없다.
더욱이, 도 12에 나타난 압전체 소자 15의 경우에, 예를들어 압전체 소자 15를 작게 하기 위해서 압전체 부재 16을 거의 4mm 길이의 얇은 봉형상을 가지게 할 경우, 임피던스(impedence)가 너무 크고, 그러한 임피던스는 압전체 소자 15를 포함하는 회로의 임피던스와 쉽게 정합(match)시킬 수 없다.
상기 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명의 구현예는 작고, 회로에서 임피던스의 정합가 용이하며, 우수한 성능을 갖는 압전체 소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 압전체 소자의 사시도이다
도 2는 도 1에 나타난 압전체 소자의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 압전체 소자의 사시도이다
도 4는 도 3에 나타난 압전체 소자의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 세번째 실시예에 따른 압전체 소자의 사시도이다
도 6은 도 5에 나타난 압전체 소자의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 네번째 실시예에 따른 압전체 소자의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다섯번째 실시예에 따른 압전체 소자의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 첫번째 실시예의 효과를 확인하기 위하여 실험을 수행한 결과로서 첫번째 실시예와 비교예 2, 및 3에서의 공진 주파수에 근접한 단자들 사이의 임피던스-주파수 특징을 도표로서 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명과 관련해서 정방형 진동을 이용한 종래 압전체 전극의 사시도이다.
도 11은 본 발명과 관련해서 횡방향 진동 모드를 이용한 종래 압전체 전극의 사시도이다.
도 12는 본 발명과 관련해서 종방향 진동 모드를 이용한 종래 압전체 전극의사시도이다.
[도면 부호의 설명]
22, 36, 56, 36a, 56a : 압전체 소자
23, 37, 57 : 압전체 부재
24, 25, 38, 39, 58, 59 : 면
26, 27, 29, 30, 40, 41, 43, 44, 46, 47, 49, 50, 60, 61, 63, 64, 66, 67, 70, 72, 73, 75, 76 : 빗모양 전극
28, 31, 42, 45, 48, 51, 62, 65, 68, 71, 74, 77 : 교차지전극
32, 33, 52, 53, 78, 79 : 분극 방향 표시 화살표
34, 35, 54, 55, 80, 81 : 단자
본 발명의 구현예는 판모양 또는 봉형상의 압전체 부재; 및 두개의 빗(comb)모양의 전극을 포함하고, 압전체 부재의 적어도 한면에 제공되는 적어도 하나의 교차지전극(interdigital electrode);을 포함하고, 여기서 상기 압전체 부재는 두 빗모양의 전극 사이에 전기장을 인가함으로서 분극처리되거나 배향처리 되고, 상기 압전체 소자는 두 빗모양의 전극 사이에 전기장을 가함으로서 종방향 모드에서의 진동에 적합하도록 구성된 압전체 소자에 관한 것이다.
상기 설명한 구조, 및 배열에 있어서, 압전체 소자는 종방향 모드에서 진동함에 따라 길이방향으로 수축, 및 팽창이 일어난다. 그에 따라, 본 발명의 구현예에 따른 압전체 소자를 작게 만들 수 있고, 그러한 소자를 포함하는 전자 장치 또한 작고, 회로에서 임피던스의 정합이 용이하고, 필터등으로 이용가능한 광통과대역(wide pass band)을 얻는다.
상기 설명한 압전체 소자에서, 교차지전극은 바람직하게는 압전체 부재의 적어도 두면에 각각 제공된다. 압전체 부재의 두 면은 바람직하게는 실질적으로 서로에 대하여 평행이다.
상기 설명한 구조 및 배열에 있어서, 압전체 부재는 더욱 효과적으로 분극 및 배향처리 될 수 있고, 여진될 수 있다. 더욱이, 두개의 교차지전극이 서로 실질적으로 평행하도록 압전체 부재의 양면이 제공되면, 실질적으로 평행하지 않도록 제공된 경우보다, 교차지 전극의 형성은 더 용이해 진다. 더욱이, 그러한 평면은 교차지전극을 형성하기에 앞서 더욱 용이하게 연마될 수 있다.
상기 설명한 압전체 소자에서, 압전체 부재의 양면 중 한면에 제공된 교차지전극을 구성하는 빗모양 전극의 하나는 바람직하게는 압전체 부재의 양면 중 다른 한면에 제공된 교차지전극을 구성하는 다른 하나의 빗모양 전극에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 설명한 구조 및 배열에 따라 압전체 부재는 더욱 효과적으로 여진될 수 있다.
상기 설명한 압전체 소자에서, 교차지전극이 제공된 압전체 소자의 양면 중 한면은 바람직하게는 연마된 면이다.
상기 설명한 구조 및 배열에 있어서, 연마된 면은 매끄럽고, 교차지전극을 형성하기 위하여 사진석판술(photolithography)을 효과적으로 이용하여 만드는 것이 가능하다.
상기 설명한 압전체 소자에서, 교차지전극의 빗모양 전극의 두 전극지(electrode finger) 사이의 거리는 교차지전극의 빗모양 전극의 다른 두개의 전극지 사이의 거리에 의하여 달라 질 수 있다. 이 경우, 압전체 부재의 중앙부에 위치한 교차지전극의 빗모양 전극의 두 전극지 사이의 거리는 압전체 부재의 말단부에 위치한 교차지전극의 빗모양 전극의 다른 두 전극지 사이의 거리보다 긴 것이 바람직하다.
상기 설명한 구조 및 배열에 따라서, 전극지 사이의 거리가 긴 부분에서는 높은 임피던스를 가져서 전기기계 결합계수를 향상시키며, 반면에 전극지 사이의 거리가 짧은 부분은 압전체 소자의 임피던스의 증가를 막는데 기여한다. 전극지 사이의 거리가 압전체 부재의 중앙부에서 더 크게, 그리고 말단부에서 더 작게 만들어 졌을 때, 분극의 정도는 중앙에서 증가한다. 왜냐하면, 중앙은 전기기계 결합계수가 큰 영향을 미치는 부분이기 때문에, 전기기계 결합계수가 더 많이 증가하고, 더 큰 효과를 얻는다.
본 발명의 다른 특징, 및 이점은 첨부한 도면을 참고로 한 아래와같은 본 발명의 상세한 설명으로 부터 명백해 질 것이다.
도 1, 및 도 2는 본 발명의 첫번째 실시예에따른 압전체 소자 22를 나타낸다. 도 1은 사시도이고, 도 2는 종단면도이다.
압전체 소자 22는 바람직하게는 예를들어 압전자기로 만들어진 연장(elongation)된 판 모양의 압전체 부재 23을 포함한다. 압전체 부재 23은 실질적으로 서로 평행하게 뻗어 있고, 매끄럽게 연마된 두개의 면 24, 및 25를 갖고 있다.
교차지전극 28은 두 개의 빗모양 전극 26, 및 27을 포함하고 있으며, 압전체 부재 23의 첫번째 면 24에 제공된다. 그리고, 교차지전극 31은 두 개의 빗모양 전극 29, 및 30을 포함하고 있으며, 압전체 부재 23의 두번째 면 25에 제공된다. 교차지 전극 31의 패턴은 본 도면에서는 명확하게 나타나지 않았지만, 바람직하게는 교차지전극 28의 거울상(mirror image)이다. 교차지 전극 28, 및 31은 예를들어 사진석판술에 의해 형성될 수 있다.
압전체 부재 23은 하기의 방법에 의해 분극화 된다. 우선, 빗모양 전극 26을 접지할 동안, 첫번째 면 24 위의 교차지전극 28을 구획하는 두 빗모양 전극 26, 및 27 사이에 전기장을 가한다. 또한, 빗모양 전극 27을 접지할 동안, 두번째 면 25에 교차지전극 31을 구획하는 두 빗모양의 전극 29, 및 30 사이에 전기장을 가한다. 이런 방법으로, 압전체 부재 23은 도 2의 화살표 32, 및 33에 나타나듯이 분극처리된다. 즉, 압전체 부재 23은 교차지전극 28, 및 31의 각각에서, 빗모양 전극 27, 및 30 으로부터 또 다른 빗모양 전극 26, 및 29로 분극 처리된다. 따라서, 빗모양 전극 27, 및 30과 또 다른 빗모양 전극 26, 및 29 사이에 형성된 인접 지역은 서로에 대하여 반대방향으로 분극처리된다.
압전체 소자 22의 압전체 부재 23을 여진시키기 위하여, 첫번째 면 24의 교차지전극 28의 두 개의 빗모양 전극 중 하나인 빗모양 전극 26, 및 두번째 면 25의 교차지전극 31의 두 개의 빗모양 전극 중 하나인 빗모양 전극 29를 서로에게 전기적으로 연결하도록 하기위해 단자 34에 연결시킨다. 또한, 교차지전극 28의 두 개의 빗모양 전극 중 다른 하나인 빗모양 전극 27, 및 교차지전극 31의 두 개의 빗모양 전극 중 다른 하나인 빗모양 전극 30을 서로에게 전기적으로 연결하도록 하기위해 단자 35에 연결시킨다. 이 상태에서, 교류 전기장이 단자 34, 및 단자 35사이의 전기장으로 인가될 때, 횡방향 모드에서의 길이방향 진동이 압전체 부재 23에서 여진되어서, 압전체 부재 23은 길이방향으로 팽창, 수축하게 된다.
도 3, 및 도 4는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 압전체 소자 36을 나타낸다. 도 3은 사시도이고, 도 4는 종단면도이다.
압전체 소자 36은 연장(elongation)된 판 모양의 압전체 부재 37을 포함한다. 압전체 부재 37은 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 있고, 매끄럽게 연마된 두개의 면 38, 및 39를 갖고 있다.
교차지전극 42는 두 개의 빗 모양 전극 40, 및 41을 포함하고 있고, 교차지전극 45는 두 개의 빗 모양 전극 43, 및 44를 포함하고 있으며, 이들 교차지전극들은 압전체 부재 37의 첫번째 면 38에서 길이 방향으로 연장되도록 배열되어 있다.
교차지전극 48은 두 개의 빗 모양 전극 46, 및 47을 포함하고, 교차지전극 51은 두 개의 빗모양 전극 49, 및 50을 포함한다. 이들 교차지 전극은 압전체 부재 37의 두번째 면 39에 길이 방향으로 뻗어서 배열되어 있다. 그림에서는 명확하게 나타나있지 않지만, 두번째 면 39에 형성된 교차지 전극 48, 및 51의 패턴은 바람직하게는 첫번째 면 38의 빗모양 전극 42, 및 45의 패턴의 거울상이다.
본 실시예에서, 압전체 부재 37은 빗모양 전극 40, 및 43을 접지할 동안, 빗모양 전극 40, 및 41 사이, 그리고 빗모양 전극 43, 및 44사이에 전기장을 인가하고, 빗모양 전극들이 첫번째 면 38에 교차지전극 42, 및 45를 형성하고; 유사하게, 빗모양 전극 46, 및 49을 접지할 동안, 빗모양 전극 46, 및 47 사이, 그리고 빗모양 전극 49, 및 50사이에 전기장을 인가하고, 빗모양 전극들이 두번째 면 39에 교차지전극 48, 및 51를 형성함으로서 분극처리된다. 이런 방법으로, 압전체 부재 37은 도 4에서 화살표 52, 및 53에서 나타나듯이 분극처리된다.
더욱이, 도 3에서 보듯이 압전체 부재 37을 여진시키기 위하여, 각각이 교차지전극 42, 45, 48, 및 51의 두 빗모양 전극의 하나인, 빗모양 전극 40, 43, 46, 및 49는 단자 54에 공통(common)으로 모두 연결된다. 그리고, 또 다른 하나의 빗모양 전극인 41, 44, 47, 및 50은 다른 단자 55에 공통(common)으로 모두 연결된다. 이 상태에서, 교류 전기장이 단자 54, 및 단자 55사이에 여진을 위한 전기장으로 가해질 때, 횡방향 모드에서의 길이 방향 진동이 압전체 부재 37에서 여진되어서, 압전체 부재 37은 길이 방향으로 팽창, 및 수축하게 된다.
이러한 실시예에서, 거리 A는 거리 B보다 길도록 설치된다. (여기서, 거리 A는 압전체 부재 37의 중심부에서 빗모양 전극 41, 및 43의 전극지의 차이, 그리고 빗모양 전극 47, 및 49의 전극지의 차이로 정의 되고, 거리 B는 압전체 부재 37의 말단부에서 빗모양 전극 40, 및 41의 전극지의 차이, 빗모양 전극 43, 및 44의 전극지의 차이, 빗모양 전극 46, 및 47의 전극지의 차이, 그리고 빗모양 전극 49, 및 50의 전극지의 차이로 정의된 거리이다.) 이는 아래의 이유 때문이다.
일반적으로, 압전체 부재의 두께가 전극지 사이의 거리보다 길 경우, 전기기계 결합계수를 줄이는 방법에 의하여 압전체 부재는 적절히 분극될 수 없다. 따라서, 전극지 사이의 거리는 압전체 부재의 두께보다 더 길어야 한다. 그러나, 전극지 사이의 거리가 너무 길 경우, 압전체 소자의 임피던스는 증가하고, 회로의 정합(matching)을 이루기가 어렵다. 따라서, 압전체 부재의 중심부에서 전극지들 사이의 거리를 길게 설치함으로서, 전기기계 결합계수에 있어서 상당한 효과가 발생하고; 압전체 부재의 말단부에서 전극지들 사이의 거리를 짧게 설치항으로서, 전극체 부재의 중심부에서 분극화 정도가 증가할동안 임피던스의 증가를 막는 것이 가능하다. 그에 따라, 전기기계 결합계수가 증가하고, 압전체 부재의 더욱 효과적인 여진을 가능하게 한다.
이러한 실시예에서, 전술한 바와 같이 압전체 부재 37의 중심부에서의 거리 A가 압전체 부재 37의 말단부에서의 거리 B보다 길기때문에, 임피던스가 증가하는 것을 방지하고, 전기기계 결합계수를 증가시키는 2중의 효과가 발생한다.
도 5, 및 도 6은 본 발명의 세번째 실시예에 따른 압전체 소자 56을 나타낸다. 도 5는 사시도이고, 도 6은 종단면도이다.
압전체 소자 56은 연장된 판모양 압전체 부재 57을 포함한다. 압전체 부재 57은 실질적으로 서로 평행하게 뻗어있는 두개의 면 58, 및 59를 가진다.
교차지 전극 62는 두개의 빗모양 전극 60, 및 61을 포함하고, 교차지 전극 65는 두개의 빗모양 전극 63, 및 64을 포함하고, 교차지 전극 68는 두개의 빗모양 전극 66, 및 67을 포함한다. 그리고 이들 교차지전극은 압전체 부재 57의 첫번째 면 58에 대하여 길이 방향으로 뻗어서 배열되어 있다.
교차지 전극 71은 두개의 빗모양 전극 69, 및 70을 포함하고, 교차지 전극 74는 두개의 빗모양 전극 72, 및 73을 포함하고, 교차지 전극 77은 두개의 빗모양 전극 75, 및 76을 포함한다. 그리고 이들 교차지전극은 압전체 부재 57의 두번째 면 59에 대하여 종방향으로 뻗어서 배열되어 있다. 두번째 면 59에서의 교차지전극 71, 74, 및 77의 패턴은 각각 첫번째 면 58의 교차지전극 62, 65, 및 68의 거울상이다.
이러한 실시예에서, 압전체 부재 57은 빗모양 전극 61, 64, 및 67을 접지할 동안, 빗모양 전극 60, 및 61, 빗모양 전극 63, 및 64, 그리고 빗모양 전극 66, 및 67의 사이에 전기장을 인가하고; 첫번째 면 58에 교차지 전극 62, 65, 및 68을 각각 형성함으로서; 유사하게, 빗모양 전극 70, 73, 및 76을 접지할 동안, 빗모양 전극 69, 및 70, 빗모양 전극 72, 및 73, 그리고 빗모양 전극 75, 및 76의 사이에 전기장을 인가하고, 첫번째 면 59에 교차지전극 71, 74, 및 77을 형성함에 의하여 분극처리된다. 이 결과, 압전체 부재 57은 도 6의 화살표 78, 및 79에 보여진 방향으로 분극처리된다.
더욱이, 압전체 부재 57을 여진시키기 위하여, 각각이 교차지전극 62, 65, 68, 71, 74, 및 77의 두개의 빗모양 전극 중의 하나인 빗모양 전극 60, 63, 66, 69, 72, 및 75는 단자 80에 공통으로 모두 연결되어 있고, 또 다른 하나인 빗모양 전극 61, 64, 67, 70, 73 및 76은 다른 단자 81에 공통으로 모두 연결되어 있다.
도 5, 및 도 6에서 보여지는 실시예에서, 압전체 부재 57의 중심부에서의 거리 C는 압전체 부재 57의 말단부에서의 거리 D보다 길다. 따라서, 압전체 전극 57의 중심부에서의 분극 정도가 증가할 동안, 임피던스가 증가하는 것을 막아준다. 이에따라, 전기기계 결합 계수가 증가하고, 압전체 부재의 더욱 효과적인 여진을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 네번째 실시예에 따른 압전체 소자 36a의 사시도이다. 압전체 소자 36a는 도 3에 나타난 압전체 소자 36의 변형예에 해당한다. 따라서, 도 7에서는, 도 3에서 나타난 구성요소에 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.
도 7에 나타난 압전체 소자 36a에서, 전도 패턴(conductive pattern) 82는 압전체 부재 37의 첫번째 면 38에 제공되고, 첫번째 면 38에 있는 교차지전극 42, 및 45로부터 하나의 빗모양 전극을 각각 포함한 빗모양 전극 40, 및 43에 연결되어 있다. 그리고, 전도 패턴 83은 동일한 첫번째 면 38에 제공되어서, 또 다른 빗모양 전극 41, 및 44에 연결되어 있다.
반대로, 전도 패턴 84는 압전체 부재 37의 두번째 면 39에 제공되고, 두번째 면 39에 있는 교차지전극 48, 및 55로부터 하나의 빗모양 전극을 각각 포함한 빗모양 전극 46, 및 49에 연결되어 있다. 그리고, 도 7에는 나타나지 않은 전도 패턴이 동일한 두번째 면 39에 제공되어서, 또 다른 빗모양 전극 47, 및 50(도 4 참조)에 연결되어 있다.
다른 모든 점에 관하여는 도 7의 압전체 소자 36a의 구성은 도 3에 나타난 압전체 소자 36과 실질적으로 동일하다.
도 8은 본 발명의 다섯번째 실시예에 관한 압전체 소자 56a의 사시도이다. 압전체 소자 56a는 도 5에 나타난 압전체 소자 56의 변형예에 해당한다. 따라서, 도 8에서는, 도 5에서 나타난 구성요소에 상당하는 구성요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.
도 8에서 나타난 압전체 소자 56a의 사시도에서, 전도 패턴85는 압전체 부재 57의 첫번째 면 58에 제공되고, 첫번째 면 58에 있는 교차지전극 62, 65, 및 68로부터 하나의 빗모양 전극을 각각 포함한 빗모양 전극 60, 63, 및 66에 연결되어 있다. 그리고, 전도 패턴 86은 동일한 첫번째 면 58에 제공되어서, 또 다른 빗모양 전극 61, 64, 및 67에 연결되어 있다.
반대로, 전도 패턴 87은 압전체 부재 57의 두번째 면 59에 제공되고, 두번째 면 59에 있는 교차지전극 71, 74,및 77로부터 하나의 빗모양 전극을 각각 포함한 빗모양 전극 68, 72, 및 75에 연결되어 있다. 그리고, 도 8에는 나타나지 않은 전도 패턴이 동일한 두번째 면 59에 제공되어서, 또 다른 빗모양 전극 70, 73, 및 76(도 6 참조)에 연결되어 있다.
다른 모든 점에 관하여는 압전체 소자 56a의 구성은 도 5에 나타난 압전체소자 56과 실질적으로 동일하다.
본 발명의 실시예가 설명될 동안 다양한 다른 변형예들이 본 발명의 범위 안에서 가능하다.
예를들어, 위에서 나타난 실시예의 각각에서, 압전체 부재는 판모양 외에, 봉현상도 가능하다. 더욱이, 압전체 부재가 로드모양일 경우, 그것의 절단면 모양은 정방형으로 제한되지 않고, 예를들어 삼각형과 같은 어떠한 절단면도 가능하다.
더욱이, 위에서 설명한 실시예에서 교차지전극은 압전체 부재의 첫번째, 및 두번째 면에 실질적으로 평행하다. 하지만, 교차지전극이 제공된 압전체 부재의 두면은 상기 방법과 달리 각각에 대하여 실질적으로 평행이 되게 연장될 필요는 없다. 예를들어, 압전체 부재가 단면이 삼각형인 봉형상의 구조를 가지고 있을 때, 즉 위에서 설명했듯이 압전체 부재가 삼각기둥일 경우, 교차지전극은 이러한 삼각기둥 표면을 가진 두개로 제공될 수 있다.
더욱이, 교차지전극은 압전체 부재의 세개 이상의 면들로 제공될 수 있다. 예를들어, 압전체 부재가 위에서 설명한 삼각기둥일 경우, 교차지전극은 세개의 면에서 각각 제공될 수 있다. 또는, 단지 하나의 교차지전극 만이 압전체 부재의 한면에 제공될 수 있다.
더욱이, 도 1, 및 도 2의 예에서 나타난 실시예에서, 압전체 부재 23의 첫번째 면 24에 제공된 빗모양 전극 26, 및 27은 단자 34, 및 35에 의한 통상의 연결에 의하여 두번째 면 25에 제공된 빗모양 전극 29, 및 30에 전기적으로 연결되어 있다. 그러나, 이러한 전기적 연결은 측면이나 끝면에 압전체 부재 23의 첫번째, 및두번째 면 24, 및 25 사이에서 확장하는 전도 패턴을 제공함으로서 제공될 수 있다.
더욱이, 위에서 설명된 실시예의 각각에서, 교차지전극의 수, 빗모양 전극에 포함된 코움티스(comb teeth)의 수, 코움티스 사이의 거리, 코움티스의 폭, 코움티스 사이의 교차점(intersection)의 거리, 그밖의 것들을 바꾸는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예의 효과를 확인하기 위해서 수행한 실험예를 아래에서 상세히 설명하고자 한다.
Pb0.95Sr0.05(Ti0.50Zr0.50)O3+ 1mol%MnO2로 표현되는 조성을 가진 압전자기를 포함하는 압전체 판이 준비되어 있다. 압전체 부재로서 이러한 압전체 판을 이용해서, 도 1에 나타난 압전체 소자 22(실시예 1), 도 3에 나타난 압전체 소자 36(실시예 2), 도 5에 나타난 압전체 소자 56(실시예 3), 도 10에 나타난 압전체 소자 1(비교예 1), 도 11에 나타난 압전체 소자 8(비교예 2), 및 도 12에 나타난 압전체 소자 15(비교예 3)가 하기의 절차에 따라 제조되었다.
실시예 1~3, 및 비교예 1~3의 각각에서, 압전체 부재는 0.3mm의 두께가 될 때까지 연마되고, 표면의 조도(roughness)는 약 1㎛이다. 더욱이, 압전체 부재의 평탄한 면은 실시예 1~3, 및 비교예 2, 및 3에서는 약 1mm×3.6mm의 크기이고, 비교예 2에서는 약 4.8mm×4.8mm의 크기이다.
그다음, 실시예 1~3의 각각에서 각자의 도면에서 나타나는 양상에 있어서, 교차지전극은 압전체 부재에 제공된다. 그리고, 비교예 1~3의 각자의 도면에서 나타나는 양상에 있어서, 전극은 압전체 부재에 제공된다. 실시예 1~3, 및 비교예1~3에서, 교차지전극, 및 전극은 압전체 부재의 표면이 연마되어서 제공된다.
실시예 1~3에서, 교차지전극을 형성하는 빗모양 전극의 코움티스의 폭은 약 50㎛, 그리고 이러한 코움티스의 교차점 거리는 약 0.6mm로 설치된다.
더욱이, 실시예 1에서, 교차지전극의 코움티스 사이의 간격은 200㎛, 교차지전극의 각각의 빗모양전극의 코움티스의 수는 6개로 설치된다.
더욱이, 실시예 2에서, 교차지전극의 코움티스 A 사이의 간격은 약 600㎛, 코움티스 B 사이의 간격은 약 200㎛, 그리고 교차지전극의 각각의 빗모양 전극의 코움티스의 수는 6개로 설치된다.
더욱이, 실시예 3에서, 교차지전극의 코움티스 C 사이의 간격은 약 400㎛, 코움티스 B 사이의 간격은 약 200㎛, 그리고 교차지전극의 각각의 빗모양 전극의 코움티스의 수는 2개로 설치된다.
그다음, 실시예 1~3, 및 비교예 1~3의 각각의 압전체 부재는 분극처리 된다.
더욱 상세하게는, 실시예 1~3의 각각에서 교차지전극 각각의 또 다른 빗모양 전극에 2~5㎸/mm의 포텐셜(potential)을 가하는 동안, 첫번째 면, 및 두번째 면에 제공된 교차지전극 각각의 빗모양 전극의 하나를 접지함으로써 압전체 부재를 분극처리 한다.
반대로, 비교예 1에서는, 다른 전극에 3.0㎸/mm의 포텐셜을 가하는 동안, 하나의 전극을 접지함으로써 압전체 부재를 분극처리 한다. 이와 유사하게, 비교예 2에서는 3.0㎸/mm의 포텐셜을 가함으로서, 그리고 비교예 3에서도 3.0㎸/mm의 포텐셜을 가함으로써 압전체 부재를 분극처리 한다.
실시예 1~3, 및 비교예 1~3의 각각에 있어서, 커패시턴스, 전기기계 결합계수, 그리고 기계 품질 계수가 측정되었고, 그 결과가 아래의 표 1에 있다.
커패시턴스[pF] 전기기계 결합계수[%] 기계 품질 계수
실시예 1 140 47 1400
실시예 2 120 50 1500
실시예 3 120 50 1500
비교예 1 1100 33 2200
비교예 2 160 19 1800
비교예 3 1 52 1300
표 1에서 명백히 보듯이, 비교예 1에서 전기기계 결합계수는 특별히 높지 않고, 또한 크기가 커서 전자 부품의 소형화를 곤란하게 한다.
더욱이, 비교예 2에서는 전기기계 결합계수가 최소값을 가짐으로서 적용분야가 제한된다. 또한, 비교예 3에서는 커패시턴스가 굉장히 작아서 회로에 임피던스-정합(impedence-match)이 어렵고, 필터 등의 설계 시 심각한 제한이 발생한다.
반대로, 실시예 1~3에서는 압전체 소자가 매우 작은 크기를 갖고, 전기기계 결합계수가 크고, 회로에 임피던스-정합이 용이하므로 각각의 경우에 실행될 수 있다.
더욱이, 도 9는 실시예 1과 비교예 2, 및 3에서 나타난, 공진주파수에 근접한 단자들 사이의 임피던스-주파수 특성을 보여준다.
도 9에서 명백히 알 수 있듯이, 비교예 3에서는 임피던스가 커서, 회로와의정합을 이루기가 어렵다. 더욱이, 비교예 2에서는 비록 임피던스는 작지만 공진주파수와 비공진주파수 사이의 차이가 작아서, 저역 통과 필터(low-pass filter), VCO 등으로 만들기가 어렵다.
반대로, 실시예 1에서는 낮은 임피던스를 얻을 수 있고, 450㎑의 공진주파수와 500㎑의 비공진주파수를 가지므로 거의 47%의 결합계수를 가진다. 따라서, 인용예 1에 의하면 회로와의 정합이 용이하고, 필터로 이용될 때 광통과대역(wide pass band)을 얻을 수 있다.
본 발명은 특별히 상기의 실시예들을 참고로 하여 나타나고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상을 떠나지 않고서도 형태, 및 세부사항에 있어서 보류한 사항, 및 다른 변화들을 이해할 수 있을 것이다.
상기 설명한 구조 및 배열에 있어서, 전극지 사이의 거리가 짧은 부분이 압전체 소자의 임피던스의 증가를 막는 것을 돕는 동안, 전극지 사이의 거리가 긴 부분에서는 높은 임피던스를 가져서 전기기계 결합계수를 개선한다. 전극지 사이의 거리가 압전체 중앙부에서 더 크게, 그리고 말단부에서 더 작게 만들어 졌을 때, 분극의 정도는 중앙에서 증가한다.
또한, 압전체 부재의 중심부에서 전극지들 사이의 거리를 길게 설치함으로서, 전기기계 결합계수에 있어서 상당한 효과가 발생하고; 압전체 부재의 말단부에서 전극지들 사이의 거리를 짧게 설치항으로서, 전극체 부재의 중심부에서 분극화 정도가 증가할동안 임피던스의 증가를 막는 것이 가능하다. 그에따라, 전기기계 결합계수가 증가하고, 압전체 부재의 더욱 효과적인 여진을 가능하게 한다.
더욱이, 표 1에서 알 수 있듯이 본 발명에 의하면 압전체 소자가 매우 작은 크기를 갖고, 전기기계 결합계수가 크고, 회로에 임피던스-정합이 용이하므로 각각의 경우에 실행될 수 있다.
더욱이, 도 9는 본 발명의 임피던스-주파수 특성을 나타낸다. 즉, 도 9에서 명백히 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1에 따르면 낮은 임피던스를 얻을 수 있고, 450㎑의 공진주파수와 500㎑의 반공진주파수를 가지므로 약 47%의 결합계수를 가진다. 따라서, 인용예 1에 의하면 회로와의 정합이 용이하고, 필터로 이용될 때 광통과대역(wide pass band)을 얻을 수 있다.

Claims (19)

  1. 압전체 부재;
    상기 압전체 부재를 구동하기 위한 수단; 및
    적어도 두개의 빗모양 전극을 포함하고, 상기 압전체 부재의 적어도 한면에 제공되는 적어도 하나의 교차지전극을 포함하는 압전체 소자로서,
    상기 압전체 부재는 분극처리되어, 상기 압전체 부재를 구동하기 위한 상기 수단이 상기 두개의 빗모양 전극 사이에 전기장을 인가할 때, 횡방향 모드에서의 진동에 적합하도록 구성되고,
    상기 교차지전극의 상기 빗모양 전극의 전극지의 두개 사이의 거리가 상기 교차지전극의 상기 빗모양 전극의 상기 전극지의 다른 두개 사이의 거리와 다른 것을 특징으로 하는 압전체소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 부재는 연장된 판모양 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 부재는 봉형상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 부재는 압전 자기로 만들어진 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 교차지전극은 상기 압전체 부재의 첫번째 면에 제공된 첫번째 교차지전극이고, 또한 상기 압전체 소자는 상기 압전체 부재의 두번째 면에 제공된 두번째 교차지전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는압전체소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 압전체 부재의 상기 첫번째 면에 있는 상기 첫번째 교차지전극의 배열은 상기 압전체 부재의 상기 두번째 면에 제공된 상기 두번째 교차지전극의 배열의 거울상인 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 부재의 교차지 전극에 의하여 구획되는 복수개의 부분 각각은 상기 압전체 부재의 상기 부분의 인접 부분과 반대 방향으로 분극처리되어 있는 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 교차지전극은 상기 압전체 부재의 첫번째 면에 제공된 첫번째 교차지전극이고, 또한 상기 압전체 소자는 상기 압전체 부재의 상기 첫번째 면에 제공된 두번째 교차지전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 압전체 부재의 두번째 면에 제공된 세번째, 및 네번째 교차지전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 첫번째 면에 있는 상기 첫번째, 및 두번째 교차지전극의 배열은 상기 압전체 부재의 상기 두번째 면에 있는 상기 세번째, 및 네번째 교차지전극의 배열의 거울상인 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 교차지전극은 서로에 대하여 실질적으로 평행하게 상기 압전체 부재의 적어도 두면에 각각 제공된 것을 특징으로 하는 압전체소자.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 압전체 부재의 두 면 중의 한 면에 제공된 상기 빗모양 전극의 하나는 상기 압전체 부재의 상기 두 면 중의 다른 한 면에 제공된 상기 빗모양 전극의 다른 하나와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 교차지전극이 제공된 상기 압전체 소자의 상기 면들 중의 하나는 표면이 연마된 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  14. 제 14 항에있어서, 상기 압전체 부재의 거의 중심부에 위치한 상기 교차지전극의 상기 빗모양 전극의 상기 전극지의 두개 사이의 거리는 상기 압전체 부재의 말단부에 위치한 상기 교차지전극의 상기 빗모양 전극의 상기 전극지의 다른 두개 사이의 거리 보다 긴 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  15. 압전체 부재;
    상기 압전체 부재를 구동하기 위한 수단; 및
    적어도 두개의 빗모양 전극을 포함하고, 상기 압전체 부재의 적어도 한면에 제공되는 적어도 하나의 교차지전극을 포함하는 압전체 소자로서,
    상기 압전체 부재의 상기 교차지 전극에 의하여 구획되는 복수개의 부분 각각은 상기 부분의 인접한 부분과 반대 방향으로 분극처리되고,
    상기 교차지전극의 상기 빗모양 전극의 전극지의 두개 사이의 거리가 상기 교차지전극의 상기 빗모양 전극의 상기 전극지의 다른 두개 사이의 거리와 다른 것을 특징으로 하는 압전체소자.
  16. 제 16 항에 있어서, 상기 압전체 부재를 구동하기 위한 상기 수단이 상기 두개의 빗모양 전극 사이에 전기장을 인가할때, 가로방향 모드에서의 진동에 적합한 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 압전체 부재는 연장된 판모양 부재, 및 봉형상 부재 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체소자.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 교차지전극은 상기 압전체 부재의첫번째 면에 제공된 첫번째 교차지전극이고, 또한 상기 압전체 부재의 두번째 면에 제공된 두번째 교차지전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
  19. 제 19 항에 있어서, 상기 압전체 부재의 상기 첫번째 면에 있는 상기 첫번째 교차지전극의 배열은 상기 압전체 부재의 상기 두번째 면에 제공된 상기 두번째 교차지전극의 배열과 거울상인 것을 특징으로 하는 압전체 소자.
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