KR100340284B1

KR100340284B1 - 압전 전기 음향 변환기

Info

Publication number: KR100340284B1
Application number: KR1020000046097A
Authority: KR
Inventors: 기시모토다케시
Original assignee: 무라타 야스타카; 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2002-06-15
Also published as: KR20010039800A; JP2001119795A; CN1283949A; CN1182755C; US6472797B1

Abstract

본 발명의 압전 전기 음향 변환기는 압전 진동판을 케이싱(casing)에 접착하는 작업이 용이하고, 충분한 지지 강도를 얻으며, 압전 진동판의 진동의 방해를 최소화시키면서 압전 진동판을 지지하는 구조로 구성되어 있다.

본 압전 전기 음향 변환기는 표면과 이면에 전극이 형성된 압전 세라믹판을 금속판에 접착시킴으로써 구성되는 압전 진동판; 및 상기 압전 진동판의 주변부를 탄성 접착제에 의해 고정시킴으로써 압전 진동판을 수납하는 케이스를 포함하고 있다. 케이스 내에는 압전 진동판의 주변부를 지지하는 지지부가 형성되고, 지지부에는 곡률 중심이 압전 진동판의 주변부의 하면 근방에 위치되는 아치 형상의 단면을 가지고 있는 지지면이 형성되어 있다.

Description

압전 전기 음향 변환기{Piezoelectric Electro-Acoustic Transducer}

본 발명은 압전 사운더(sounder), 압전 스피커(speaker), 압전 버저(buzzer) 및 압전 수화기 등의 압전 전기 음향 변환기에 관한 것이다.

종래, 압전 버저 및 압전 스피커에 압전 전기 음향 변환기가 광범위하게 사용되고 있다. 이런 종류의 압전 전기 음향 변환기는 원형의 압전 세라믹판의 한 표면에 원형의 금속판을 접착시킴으로써 유니모르프형(unimorph) 진동판이 구성되고, 이 유니모르프형 진동판의 외주부는 원형의 케이스 내에서 지지되고, 케이스의 개구부를 커버에 의해 덮는 구조로 구성되는 것이 일반적이다. 이 유니모르프형 진동판은 전압 인가에 의해 외경(outsie diameter)이 신장하고 수축하는 세라믹판을 치수 변화가 없는 금속판에 접착시킴으로써 굴곡 진동을 하게 된다.

상술한 종래의 압전 전기 음향 변환기는, 진동판을 케이스 내에서 지지하는 3가지 종류의 지지 구조를 일반적으로 사용한다. 3가지 종류의 지지 구조는 도 1 내지 도 3에 설명되어 있다. 도 1은, 진동판 1의 후면 노드부(node portion)가 케이스 2로부터 돌출하고 있는 지지부 2a에 실리콘 접착제 3에 의해 고정되도록 배열되어 있는 지지 구조를 도시한다. 케이스 2의 개구부를 덮는 커버 4가 형성되어 있다. 도 2는, 진동판 1의 외주부가 케이스 2의 지지부 2b에 실리콘 접착제 3에 의해 고정되도록 배열되어 있는 지지 구조를 도시한다. 도 3은, 케이스 2와 커버 4가 맞닿는 곳에 테이퍼(taper) 형상의 홈부 2c, 4a가 위치되고, 이 홈부 2c, 4a 내에 진동판 1의 외주부를 삽입하여, 접착제 3에 의해 고정시키는 지지 구조를 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같은 노드부를 사용하는 지지 구조에서는, 진동판 1의 후면을 지지부 2a에 접착제 3에 의해 고정시킬 필요가 있으므로, 접착 작업이 어렵고 지지부 2a와 진동판 1과의 사이에 대량의 접착제 3을 공급할 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 진동판 1의 지지 강도는 충분하지 않다.

도 2에 도시된 바와 같은 외주부를 사용하는 지지 구조에서는, 접착 작업은 용이하지만, 케이스 2의 지지부 2b가 편평한 표면을 가지고 있으므로, 진동판 1의 후면이 지지부 2b의 표면에 밀착되고, 이에 의해 진동판 1의 각도 변화가 제약을받는다. 따라서, 진동판 1의 유효(effective) 직경 d₁이 진동판 1의 실제 직경 d₀보다 상당히 작고, 저주파에서 진동판의 작동이 어렵다는 단점이 있다.

도 3에 도시된 바와 같은 테이퍼 형상의 홈부를 사용하는 지지 구조에서는, 진동판 1을 케이스 2에 조립할 때에 진동판 1이 케이스 2의 중심으로부터 벗어나서, 진동판 1이 비스듬하게 배열되어 있다. 이 상태에서 무리하게 커버 4를 끼워 맞춘다면, 진동판 1이 손상될 가능성이 있다. 또한, 케이스 2와 커버 4를 조립한 후에 디스펜서(dispenser)를 사용하여 테이퍼 형상의 홈부 2c, 4a에 액체 접착제 3을 주입할 필요가 있으므로, 접착제 3의 도포 방법이 어렵고, 비용이 상승한다는 단점이 있다.

따라서, 상술한 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명의 바람직한 구현예들은 압전 진동판을 케이싱(casing)에 접착하는 작업이 간단하고, 충분한 지지 강도를 얻으며, 압전 진동판의 진동의 방해를 최소화시키면서 압전 진동판을 지지하는 압전 전기 음향 변환기를 제공한다.

도 1은 종래의 압전 전기 음향 변환기의 한 예의 단면도이다.

도 2는 종래의 압전 전기 음향 변환기의 다른 예의 단면도이다.

도 3은 종래의 압전 전기 음향 변환기의 또 다른 예의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 바람직한 제 1 구현예의 분해 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 압전 전기 음향 변환기의 조립 상태에서 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 Ⅵ-Ⅵ를 따라 절단한 단면도이다.

도 7은 도 5에 도시된 압전 전기 음향 변환기의 일부의 확대 단면도이다.

도 8은 대략 사각형 진동판의 변위량을 도시한다.

도 9는 본 발명의 바람직한 구현예들에 따른 압전 진동판이 횡 방향으로 벗어날 때의 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 다른 바람직한 구현예의 평면도이다.

도 11은 도 10에 도시된 XI-XI를 따라 절단한 단면도이다.

도 12는 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 압전 진동판의 바람직한다른 구현예의 사시도이다.

도 13은 도 12에 도시된 압전 진동판의 단면도이다.

도 14는 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 압전 진동판의 바람직한 다른 구현예의 단면도이다.

도 15는 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 압전 진동판의 바람직한 또 다른 구현예의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

10 ... 압전 진동판 11 ... 압전 세라믹판

12 ... 금속판 20 ... 케이스

22a, 22b ...지지부 23 ... 탄성 접착제

27 ... 지지면 30 ... 커버

본 발명의 바람직한 한 구현예에 따르면, 압전 전기 음향 변환기는, 압전 세라믹판 및 상기 압전 세라믹판이 접착된 금속판을 가지고 있는 압전 진동판; 및 상기 압전 진동판를 수납하는 케이싱을 포함하고 있으며, 상기 케이싱은 상기 압전 진동판의 주변부를 탄성 접착제에 의해 고정시킴으로써 상기 주변부를 지지하도록배열된 지지부 및 상기 지지부 상에 형성된 지지면을 가지고 있고, 상기 지지면은 단면이 대략 아치 형상이고, 곡률 중심이 상기 압전 진동판의 주변부의 하면 근방에 위치되는 특징이 있다.

압전 진동판의 전극들 사이에 교류전압을 인가할 때에, 압전 세라믹판이 팽창/수축함에 따라서 압전 진동판은 굴곡 진동한다. 압전 진동판의 주변부가 케이싱의 지지부에 탄성 접착제에 의해 고정되더라도, 케이싱의 지지부에는 곡률 중심이 압전 진동판의 주변부의 하면 근방에 위치되도록 대략 아치 형상의 단면을 가지고 있는 지지면(곡면)이 형성되고, 그러므로 압전 진동판은 곡면의 실질적인 접선 방향으로 지지된다. 지지면이 압전 진동판의 주변부로부터 대략 중심부에 접근함에 따라서, 지지면으로서의 곡면과 압전 진동판 사이의 대향 거리가 길어진다. 그러므로, 압전 진동판의 진동시에 각도 변화가 제약되지 않는다. 따라서, 압전 진동판의 유효 직경이 길어지고, 저주파화가 달성된다. 압전 진동판을 케이싱의 지지부에 탑재할 때에, 탑재부가 횡방향으로 약간 벗어나면, 압전 진동판의 주변부를 곡면에 위치시킴으로써 압전 진동판의 비스듬한 배치가 용이하게 규제된다. 또한, 압전 진동판을 케이싱의 지지부에 고정시킬 때에, 압전 진동판의 주변부는 지지부에 탑재되어도 되고, 압전 진동판의 표면에는 접착제를 도포하여도 되고, 이에 의해 접착 작업이 대폭 간단해진다.

대략 아치 형상의 지지면의 곡률 반경은 압전 진동판의 긴 면(long surface) 또는 직경보다 짧은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 곡률 반경이 압전 진동판의 긴 면 또는 직경보다 길면, 압전 진동판의 주변부 뿐만 아니라 주변부의 내측부에서도 진동이 쉽게 방해받아, 압전 진동판의 진동 영역이 줄어든다.

지지면의 곡률 반경을 압전 진동판의 긴 면 또는 직경 보다 짧게 함으로써, 압전 진동판의 진동 영역이 대폭 증가한다.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 압전 세라믹판의 표면(front surface)과 이면(back surface)에 전극을 배치하고, 압전 세라믹판의 한쪽면의 전극에 금속판을 접착시켜 유니모르프 구성을 가지고 있는 압전 진동판을 구성한다. 이러한 구성의 결과, 압전 세라믹판의 다른쪽 면의 전극과 금속판과의 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 압전 진동판이 굴곡 모드로 진동한다.

압전 진동판은, 대략 사각형의 압전 세라믹판을 대략 사각형의 금속판에 접착시킴으로써 구성된다. 이 경우에, 금속판의 2개의 짧은 면(short surface)은 케이싱의 지지부에 탄성 접착제에 의해 부착되고, 금속판의 2개의 긴 면과 케이싱 사이의 공간은 탄성 밀봉제에 의해 밀봉된다.

즉, 원형의 진동판을 사용하면, 진동판의 중심부만이 최대 진폭점이 되고, 그러므로 변위 체적이 줄고, 음향 변환 효율이 비교적 낮다. 또한, 진동판의 주위면이 제한되므로, 주파수가 높아지고, 낮은 주파수의 진동판을 얻도록 반경 치수가 커져야 한다.

반면에, 대략 사각형의 진동판을 사용하면, 최대 진폭점이 대략 사각형 진동판의 길이 방향으로 중심선을 따라서 존재하고, 그러므로 변위 체적이 대폭 커지며, 높은 음향 변환 효율을 얻는다. 압전 진동판의 2개의 짧은 면이 제한되더라도, 2개의 긴 면은 자유롭게 변위된다. 따라서, 대략 원형의 진동판과 비교하여 대략사각형의 진동판은 저주파화가 달성된다. 이러한 대략 사각형의 진동판을 사용하는 상술한 압전 전기 음향 변환기에서는, 진동판의 변위가 대폭 커진다. 결과적으로, 본 발명의 바람직한 구현예들의 신규한 구조로 음압이 한층 더 향상되고 저주파화가 실현된다.

압전 진동판이 2층 또는 3층의 압전 세라믹층을 적층시킨 적층체를 포함하고, 이 적층체의 표면과 이면에 주면전극이 형성되고, 각 세라믹층들 사이에 내부전극이 형성되는 경우에, 이 세라믹층들 모두는 두께 방향을 따라서 동일한 방향으로 분극된다. 주면전극과 내부전극과의 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 표면측의 세라믹층이 팽창할 때에 이면측의 세라믹층은 수축하기 때문에, 적층체는 굴곡 모드로 진동한다. 이 변위량은 유니모르프형 진동판에 비해서 많고, 이에 의해 음압이 증가한다.

또한, 적층체가 대략 사각형 형상을 가지고 있고, 적층체의 2개의 짧은 면이 케이싱의 지지부에 탄성 접착제에 의해 접착되며, 적층체의 2개의 긴 면과 케이싱 사이의 공간은 탄성 밀봉제에 의해 밀봉되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 본 발명의 바람직한 구현예들에서처럼, 원형의 진동판과 비교해서 저주파화를 이루게 된다. 아울러, 진동판의 변위량이 증가하고, 이에 의해 음압이 향상된다.

본 발명의 그 외의 특징, 소자, 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 본 빌명의 바람직한 구현예들의 하기의 기술을 통해서 명확해질 것이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 바람직한 제 1구현예를 도시한다.

압전 전기 음향 변환기는, 바람직하게 대략 사각형 형상의 유니모르프형 압전 진동판 10, 압전 진동판 10을 수납하고 바람직하게 수지로 구성되는 케이스 20 및 커버 30을 포함하고 있다. 케이스 20과 커버 30은 케이싱을 구성한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 바람직한 구현예에 따른 압전 진동판 10은 대략 사각형의 압전 세라믹판 11을 대략 사각형의 금속판 12의 표면에 접착시킴으로써 바람직하게 구성된다. 압전 세라믹판 11은 표면과 이면에 전극 11a, 11b를 각각 가지고 있고, 두께 방향으로 분극된다. 금속판 12는 압전 세라믹판 11과 실질적으로 동일한 폭과 압전 세라믹판 11 보다 약간 긴 길이의 대략 사각형 형상을 가지고 있고, 압전 세라믹판 11의 이면전극 11b에 전기적으로 접속되어 있다. 금속판 12에는 우수한 도전성과 스프링 탄성을 구비하고 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 영률(Young's modulus)이 압전 세라믹판 11의 영률과 유사한 것이 바람직하다. 따라서, 금속판 12는 청동, 42Ni 등의 적당한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 부수적으로, 금속판 12를 42Ni로 구성하면, 금속판 12는 열팽창 계수가 세라믹(PZT 등)과 유사하며, 보다 높은 신뢰성을 얻게 된다. 본 바람직한 구현예에 따르면, 압전 세라믹판 11이 금속판 12의 길이 방향으로 벗어나는 위치에서 한 표면에 접착되고, 금속판 12는 길이 방향으로 다른면에 금속판 12를 노출시킴으로써 구성되는 노출부 12a를 가지고 있다.

케이스 20의 바닥 벽부에는 1개 또는 복수개의 사운딩홀(sounding hole) 21이 형성되고, 케이스 20의 상면 개구부에는 커버 30이 접착된다. 커버 30에도 1개또는 복수개의 사운딩홀 31이 형성되어 있다. 케이스 20의 서로 대향하는 2개의 짧은 면의 내면에는 계단 형상의 지지부 22a, 22b가 배치되어 있다. 지지부 22a, 22b에는 압전 진동판 10이 금속판 12와 하향으로 면하도록 탑재되어 있다. 금속판 12의 2개의 짧은 면은 실리콘 접착제 등의 탄성 접착제 23에 의해 고정된다. 압전 진동판 10의 2개의 긴 면과 케이스 20 사이의 공간은 탄성 밀봉제 24에 의해 밀봉된다. 그 결과, 압전 진동판 10의 표면과 이면에는 음향 공간 25, 26이 형성된다.

금속판 12의 노출부 12a와 압전 세라믹판 11의 표면전극 11a에는 각각 리드선(leda wire) 13, 14가 땜납 등의 적당한 방법에 의해 접속되고, 이 리드선 13, 14는 케이스 20과 커버 30 사이의 공간을 통해서 외부로 도출되어 있다. 리드선 13, 14 사이에 교류 전압을 인가할 때에, 압전 진동판 10은 그의 길이 방향으로 양단부를 지지부로 설정함으로써 길이 굴곡 모드로 굴곡 진동한다. 이 굴곡 진동은 표면과 이면에서 음향 공간 25, 26을 공명시키고, 이에 의해 사운드홀 21, 31로부터 음이 방사된다(emit).

도 7은 케이스 20의 한쪽 지지부로서 지지부 22b를 상세하게 도시한다. 케이스 20의 다른쪽 지지부를 구성하는 지지부 22a는 지지부 22b와 실질적으로 동일한 구조를 가지고 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.

지지부 22b의 상부에는, 지지면 27이 곡률 중심 O가 압전 진동판 10의 하면 주변부 근방에 위치되도록 대략 아치 형상의 단면을 가지고 있다. 도 7를 참조하여, 참조부호 A는 지지폭(진동판이 도포된 접착제의 도포폭)을 나타내고, 참조부호 B는 케이스 20과 압전 진동판 10 사이의 틈새(clearance)를 나타낸다.

바람직하게, 지지면 27의 곡률 반경 r은 하기의 관계식에 따라서 설정된다.

상기 식 1에서, r이 대략 0.3㎜≤r≤1.0㎜의 범위에 있다면, 진동 특성 및 지지 기능의 면에서 양호한 결과를 얻는다.

도 8은, 지지면으로서 편평한 면을 사용하는 경우(종래예)와 지지면으로서 곡면을 사용하는 경우(본 발명)에, 금속판 12와 표면전극 11a와의 사이에 1Vrms의 정현파 신호를 입력할 때의 대략 사각형 압전 진동판의 변위를 도시한다.

이 변위는 레이저 변위 측정기에 의해 측정한다. 진동판의 길이가 약 14.0㎜, 폭이 약 10.0㎜ 일 때에, 진동판의 2개의 짧은 면은 총 중량 약 2.0㎎의 실리콘 접착제에 의해 고정되고, 2개의 긴 면은 밀봉되지 않는다. 본 발명의 바람직한 구현예들에 따르면, 곡면의 곡률 반경 r은 약 0.3㎜, 접착제의 도포폭 A는 약 0.1㎜, 틈새 B는 약 0.1㎜이지만, 종래예에 따르면 접착제의 도포폭 A는 0.3㎜ 이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 명확하게, 종래예에 따라서 압전 진동판의 양 단을 편평한 면에 의해 지지하는 경우에, 압전 진동판의 단부의 변위는 제한된다. 그러므로, 압전 진동판의 중앙에서 최대 변위는 대략 27㎛ 정도이다. 반대로, 본 발명의 바람직한 구현예들에 따라서 압전 진동판의 양 단을 곡면(예를 들어, r=0.3㎜)에 의해 지지하는 경우에, 도 7의 파선으로 나타낸 바와 같이 압전 진동판 10은 하향으로 자유롭게 변위될 수 있고, 진동판 10의 대략 중앙에서의 최대 변위량은 35㎛ 정도로 증대될 수 있다. 따라서, 지지면으로서 곡면을 설정함으로써, 고음압 및 저주파를 실현한다는 이점이 있다는 것이 이해된다.

압전 진동판 10과 케이스 20 사이에는 길이 방향으로 양측에 각각 틈새 B가 형성되므로, 압전 진동판 10이 케이스 20 내에서 압전 진동판 10의 길이 방향으로 한쪽으로 벗어나도록 수납된다면, 도 9에 도시된 바와 같이, 압전 진동판 10의 단부가 지지면 27을 따라서 중간에 탑재되는 것이 가능하다. 이 경우에, r은 약 0.3㎜, B는 약 0.1㎜이면, 일례로서, 압전 진동판 10의 한쪽 단부는 원래 지지 위치(이점쇄선으로 나타냄) 보다 거리 S만큼 아래에 위치된다. 이 하강량 S는 하기의 수학식으로 정의된다.

상기에 나타난 바와 같이, 하강량 S가 대폭 줄어들고, 압전 진동판 10이 케이스 20 내에서 벗어나는 위치에 수납되면, 곡면과 압전 진동판 10이 접해 있음으로써 압전 진동판 10의 경사를 방지하는 것이 가능하다. r이 커짐에 따라서 하강량 S도 감소하기 때문에 경사는 줄어든다.

도 10 및 도 11은 대략 원형의 압전 진동판을 사용하는 본 발명에 따른 압전 전기 음향 변환기의 제 2 구현예를 도시한다.

압전 진동판 40은, 대략 원형의 압전 세라믹판 41를 압전 세라믹판 41 보다 직경이 큰 대략 원형의 금속판 42의 표면의 대략 중앙에 부착시킴으로써 바람직하게 구성된다. 금속판 42의 주변부는 케이스 50의 내주부에 위치된 지지부 51에 지지되고, 실리콘 접착제 등의 탄성 접착제 53에 의해 고정된다. 케이스 50의 지지부 51에는 도 7과 유사한 대략 아치 형상의 단면을 가지고 있는 지지면 52가 위치되어 있다. 이에 의해, 압전 진동판 40의 진동이 방해받는 것이 방지된다.

도면에는 도시되지 않았지만, 케이스 50의 개구부 상에는 커버가 접착되어 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 압전 진동판의 다른 바람직한 구현예를 도시한다. 본 바람직한 구현예의 압전 진동판 60은 도 4 내지 도 7에 도시된 압전 전기 음향 변환기의 압전 진동판 10으로 대체될 수 있다. 진동판 60은 적층되어 있는 2개의 압전 세라믹층 61, 62를 포함하고 있다. 진동판 60의 표면과 이면에는 각각 주면전극 63, 64가 형성되어 있다. 세라믹층 61, 62의 사이에는 내부전극 65가 형성되어 있다. 2개의 세라믹층 61, 62는 도 13에서 두꺼운 화살표로 나타낸 두께 방향을 따라서 동일한 방향으로 분극된다.

본 바람직한 구현예에서는, 표면측의 주면전극 63과 이면측의 주면전극 64가 진동판 60의 짧은 면과는 동일한 폭으로 진동판 60의 긴 면보다 약간 좁은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 각 주면전극의 한 단은 진동판 60의 한쪽의 짧은 면의단면에 형성된 단면전극 66에 접속된다. 따라서, 표면과 이면의 주면전극 63, 64는 상호 접속되어 있다. 내부전극 65는 주면전극 63, 64에 대해서 대칭 형상으로 형성된다. 내부전극 65의 한 단은 단면전극 66과 분리되고, 내부전극 65의 다른 단은 진동판 60의 다른쪽의 짧은 면의 단면에 형성된 단면전극 67에 접속된다. 진동판 60의 다른쪽의 짧은 면의 단부의 상하면에는 단면전극 67에 도전적으로 접속된 얇은 보조전극 68이 형성되어 있다.

단면전극 66 또는 이면측의 주면전극 64에는 리드선 69a가 접속되어 있다. 단면전극 67에는 리드선 69b가 접속되어 있다. 단면전극 66, 67이 형성된 2개의 짧은 면은 케이스 20의 지지부 22a, 22b에 탄성 접착제에 의해 고정된다. 2개의 긴 면과 케이스 20 사이의 공간은 탄성 밀봉제에 의해 밀봉된다. 리드선 69a, 69b 사이에 소정의 교류 전압을 인가함으로써, 진동판 60은 길이 굴곡 모드로 진동된다. 진동판 60은 짧은 면의 양단부 각각을 지점(支點)으로 배치하고, 길이 방향으로 중심부를 최대 진폭점으로 배치함으로써 굴곡 모드로 진동된다.

본 바람직한 구현예의 압전 진동판 60이 도 4 내지 도 7에 도시된 압전 진동판 10과 유사하게 대략 사각형 형상으로 형성되므로, 최대 진폭점이 길이 방향의 중심선을 따라서 형성되기 때문에, 변위 체적이 대폭 커지고, 높은 음향 변환 효율을 얻게 된다. 또한, 진동판 60이 길이 방향으로 양단부에 고정되더라도, 이들 사이의 부분들은 탄성 밀봉제에 의해 자유롭게 변위될 수 있고, 이에 의해 원형의 진동판과 비교하여 저주파화가 달성된다. 다시 말해, 동일한 주파수를 얻을 때에, 진동판의 치수가 소형화된다.

아울러, 압전 진동판 60이 동일한 방향으로 분극되는 2개의 압전 세라믹층 61, 62가 적층되어 있는 구조를 가지고 있으므로, 2개의 압전 세라믹층 61, 62는 상호 역방향으로 진동하고, 이에 의해 도 4 내지 도 7에 도시된 유니모르프형 압전 진동판 10과 비교하여 큰 변위량에 의해 확인된 바와 같이 큰 음압을 얻게 된다.

도 14는 본 발명에 따른 압전 진동판의 바람직한 다른 구현예를 도시한다.

본 바람직한 구현예의 진동판 70은 도 12 및 도 13에 도시된 진동판 60과 기본적으로 유사한 구조를 가지고 있고, 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 12 및 도 13에서는 내부전극 65가 부분전극이 된다. 도 14에서는 내부전극 65가 전면전극이 된다. 이 경우에, 내부전극 65가 단면전극 66측에까지 연장되므로, 내부전극 65가 단면전극 66에 도전적으로 접속될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해서, 진동판 70의 단면에 절연층 71이 형성되고, 진동판 70의 표면과 이면에 주면전극 63, 64를 전기적으로 접속시키는 단면전극 66이 형성된다. 이러한 구성의 결과로서, 내부전극 65가 전면전극이 되더라도, 내부전극 65는 주면전극 63, 64와 확실하게 절연된다.

도 15는 본 발명에 따른 압전 진동판의 바람직한 다른 구현예를 도시한다.

본 바람직한 구현예의 진동판 80은 적층되어 있는 3개의 압전 세라믹층 81∼83을 가지고 있다. 진동판 80의 표면과 이면에는 주면전극 84, 85가 형성된다. 각 압전 세라믹층 81∼83의 사이에는 내부전극 86, 87이 배치된다. 3개의 압전 세라믹층 81∼83은 두꺼운 화살표로 나타낸 바와 같이 두께 방향을 따라서 동일한 방향으로 분극된다.

본 바람직한 구현예에서, 주면전극 84, 85는 진동판 80의 짧은 면과는 실질적으로 동일한 폭으로 진동판 80의 긴 면보다는 약간 좁은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러므로, 주면전극 84, 85는 상호 접속되어 있다. 내부전극 86, 87의 각 한 단은 단면전극 88과 분리되어 있다. 내부전극 86, 87의 다른 단은 진동판 80의 다른쪽의 짧은 면의 단면에 배치된 단면전극 89에 접속된다. 따라서, 내부전극 86, 87도 상호 접속되어 있다. 진동판 80의 다른쪽의 짧은 면의 단부의 상하면에는 단면전극 89에 도전적으로 접속된 얇은 폭의 보조전극 89a가 형성되어 있다.

단면전극 88, 89에 각각 리드선 90a, 90b가 접속되고, 리드선 90a에는 음 전압, 리드선 90b에는 양 전압을 인가할 때에, 도 15의 가는 화살표로 나타낸 방향으로 연장하는 전계가 발생한다. 이 때에, 중간층으로 작용하는 세라믹층 82의 양측에 위치된 내부전극 86, 87이 동일한 전위를 가지고 있으므로, 전계가 발생하지 않는다. 표면측의 세라믹층 81은 분극 방향이 전계 방향과 동일하기 때문에 평면 방향으로 수축한다. 이면측의 세라믹층 83은 분극 방향과 전계 방향이 역방향이기 때문에, 평면 방향으로 팽창한다. 중간층 82는 팽창 또는 수축을 하지 않는다. 그 결과, 진동판 80은 하향으로 돌출하도록 굴곡한다. 단면전극 88, 89 사이에 교류 전압을 인가할 때에, 진동판 80은 주기적으로 굴곡 진동을 발생한다. 따라서, 큰 음이 발생한다.

도 15에서는 내부전극 86, 87이 부분전극인 것이 바람직하지만, 도 14에 도시된 바와 같은 전면전극이어도 된다.

본 발명은 상술한 바람직한 구현예들로만 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 각종의 변형이 가능하다.

케이싱의 구조는 본 바람직한 구현예들에서 기술된 바와 같은 오목한 케이스와 커버로 구성된 구조로만 제한되지 않고, 편평한 판 형상의 기판에 캡(cap)를 덮어서 케이싱을 구성하여도 된다. 이 경우에, 캡의 내면에 아치 형상의 단면을 가지고 있는 지지부를 형성하고, 이 지지부에 압전 진동판의 주변부를 접착하여도 된다.

압전 진동판의 전극을 외부에 인출시키는 인츨 소자는 바람직한 구현예들에서 설명한 바와 같은 리드선으로만 한정되지 않고, 케이스 또는 기판에 외부접속용 단자와 전극을 형성하고, 그 다음에 이 외부접속용 단자와 전극에 압전 진동판의 전극을 도전성 접착제 등의 적당한 접착제를 사용하여 접속시키는 것으로 충분한다.

본 발명의 바람직한 구현예들 중의 일부 구현예에서는, 금속판의 한 면에 압전 세라믹판이 접착되고, 이렇게 유니모르프형 압전 진동판을 구성하더라도, 금속판의 양면에 압전 세라믹판을 접착시킴으로써 바이모르프형(bimorph) 압전 진동판을 구성하여도 된다.

부수적으로, 본 발명의 압전 전기 음향 변환기는 압전 버저, 압전 사운더, 압전 스피커 등의 발음체(sound generator)로서의 용도 이외에, 압전 수화기 등의 수음체(sound receiver)로서도 사용될 수 있다.

이제까지 상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예들에 따르면, 케이싱의 내부에는 압전 진동판의 주변부를 지지하는 지지부가 형성되고, 이 지지부에는 압전 진동판의 주변부의 하면 근방에 곡률 중심이 위치되어 있는 아치 형상의 단면을 가지고 있는 지지면이 위치되며, 이 지지면 상에는 압전 진동판의 주변부가 탄성 접착제에 의해 고정되어 있다. 그러므로, 압전 진동판의 주변부의 각도 변화가 제약되지 않고, 종래의 편평한 지지면에 의해 압전 진동판을 지지하는 경우와 비교하여 압전 진동판의 유효 진동 영역이 대폭 확대되며, 또한 저주파화의 실현이 가능하다.

또한, 압전 진동판을 케이싱의 지지부에 탑재시킬 때에, 압전 진동판이 횡방향으로 약간 벗어나면 압전 진동판의 주변부가 아치 형상의 지지면에 배치되고, 이에 의해 압전 진동판의 비스듬한 배치가 규제될 수 있다.

아울러, 압전 진동판이 케이싱의 지지부에 고정되면, 압전 진동판의 주변부는 지지부에 탑재되고, 진동판의 표면은 탄성 접착제로 도포되어, 접착 작업이 간단하다.

이제까지, 본 발명은 바람직한 구현예들을 참조하여 특정하게 도시하고 기술하였지만, 당업게에 종사하는 사람들에게는 본 발명이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 상기 변형 이외에도 다양한 변화가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims

표면(front surface)과 이면(back surface)에 전극이 형성된 압전 세라믹판 및 상기 압전 세라믹판이 탑재된 금속판을 가지고 있는 압전 진동판; 및

상기 압전 진동판를 수납하는 케이싱(casing)을 포함하고 있는 압전 전기 음향 변환기로서,

상기 케이싱은 상기 압전 진동판의 주변부를 고정시켜 상기 압전 진동판의 주변부를 지지하도록 배열된 지지부 및 상기 지지부 상에 형성된 지지면을 가지고 있고,

상기 지지면은 아치 형상의 단면을 가지고 있고, 곡률 중심이 상기 압전 진동판의 주변부의 하면 근방에 위치되는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판의 주변부를 상기 지지부에 고정시키는 탄성 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 아치 형상의 지지면의 곡률 반경이 상기 압전 진동판의 긴 면(long surface) 또는 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판은 압전 세라믹판, 상기 압전 세라믹판의 표면과 이면에 형성된 전극, 및 상기 압전 세라믹판의 한쪽면 상의 상기 전극에 고정된 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 4항에 있어서, 상기 압전 진동판은 상기 압전 세라믹판의 다른쪽 면의 전극과 상기 금속판과의 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 전체적으로 굴곡 모드로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 4항에 있어서, 상기 압전 진동판은 실질적인 사각형의 압전 세라믹판과 실질적인 사각형의 금속판을 접합시킴으로써 구성되고, 상기 실질적인 사각형의 금속판의 2개의 짧은 면(short surface)은 상기 케이싱의 지지부에 상기 탄성 접착제에 의해 부착되며, 상기 실질적인 사각형의 금속판의 2개의 긴 면과 상기 케이싱 사이의 공간은 탄성 밀봉제에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판은 적어도 2층의 압전 세라믹층을 적층시킨 적층체를 포함하고, 상기 적층체의 표면과 이면에 주면전극이 형성되며, 상기 압전 세라믹층들 사이에 내부전극이 위치되고;

상기 압전 세라믹층들 모두는 두께 방향을 따라서 동일한 방향으로 분극되며, 상기 주면전극과 상기 내부전극과의 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 상기적층체는 전체적으로 굴곡 모드로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 7항에 있어서, 상기 적층체가 실질적으로 사각형 형상이고, 상기 적층체의 2개의 짧은 면은 상기 케이싱의 지지부에 접착되며, 상기 적층체의 2개의 긴 면과 상기 케이싱 사이의 공간은 탄성 밀봉제에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판은 유니모르프형(unimorph) 구성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판은 바이모르프형(bimorph) 구성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판의 상기 압전 세라믹판 및 상기 금속판은 실질적으로 사각형 형상이고, 실질적으로 동일한 폭을 가지고 있음을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 11항에 있어서, 상기 금속판의 길이는 상기 압전 세라믹판보다 길고, 상기 압전 세라믹판의 이면측의 전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 금속판의 영률(Young's modulus)은 상기 압전 세라믹판과 실질적으로 동일함을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 세라믹판은 상기 금속판의 길이 방향으로 벗어나는 위치에서 상기 금속판의 제 1 표면에 고정되고, 상기 금속판은 상기 금속판의 제 2 표면에서 노출부를 가지고 있음을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 금속판과 상기 압전 세라믹판은 실질적으로 원형임을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 15항에 있어서, 상기 압전 세라믹판은 상기 실질적인 원형의 금속판의 대략 중앙에 고정되는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 15항에 있어서, 상기 금속판은 상기 압전 세라믹판보다 큰 직경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 압전 진동판은 길이 굴곡 모드로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 케이싱은 개구부를 가지고 있는 오목한 케이스(case) 및 상기 오목한 케이스 내의 개구부를 덮는 커버(cover)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 전기 음향 변환기.