KR100371572B1

KR100371572B1 - 압전 부품

Info

Publication number: KR100371572B1
Application number: KR10-2000-0025613A
Authority: KR
Inventors: 사와이구니오; 하시모토히사유키
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-05-13
Publication date: 2003-02-06
Also published as: CN1151600C; JP2000323959A; SG80679A1; CN1274197A; KR20010020839A; DE10022271A1; US6369489B1

Abstract

본 발명은 제조가 간단하고 게다가 전기적 특성이 우수한 저비용의 압전 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 압전 부품은, 압전 소자와, 댐핑(damping) 부재와, 압전 소자를 실장하기 위한 지지 기판과, 커버 부재로 이루어진다. 압전 소자의 상면에는, 소정의 경도를 가지는 댐핑 부재가, 진동 전극을 덮도록 부여되어 있다. 압전 트랩의 경우, 35∼80의 쇼어 경도(Shore hardness)를 가지는 댐핑 부재가 사용되고, 압전 판별 회로의 경우에는, 80∼100의 쇼어 경도를 가지는 댐핑 부재가 사용된다.

Description

압전 부품{Piezoelectric component}

본 발명은 압전 부품에 관한 것으로, 특히 특정 주파수를 가지는 신호를 제거하는 트랩이나, 신호를 변별하는 판별 회로(discriminator)와 같은 압전 부품에 관한 것이다.

일반적으로, 두께 전단(shear) 진동이나 두께 세로 진동을 이용하는 트랩이나 판별 회로와 같은 압전 부품은, 양 주면에 진동 전극이 형성된 직사각형의 압전 기판과, 그 압전 기판을 수용하기 위한 알루미나와 같은 케이스 부재 물질로 구성된 수용부, 및 내부의 압전 기판으로 수용부를 실드하기 위한 덮개 부재로 이루어지는 구성을 하고 있으며, 압전 기판은, 그 진동 부분을 진동할 수 있도록 케이스 내에 지지된다. 그러한 구성을 가지는 압전 부품에서, 두께 전단 진동 등이 압전 기판의 두께 중심을 노드점(마디)으로 하는 진동 모드이기 때문에, 진동 전극이 형성되어 있는 압전 기판의 양 주면에, 각각 실리콘 고무로 이루어지는 댐핑 부재를 부여하여, 감쇠, 군 지연 특성 및 왜곡율과 같은 전기 특성을 바람직한 값이 되도록 조정하였다.

그런데, 종래의 압전 부품에서는, 압전 기판의 양 주면에 각각 댐핑 부재를 부여하고 있으므로, 압전 기판에 대해 댐핑 부재를 2회 부여하여야 한다. 따라서, 압전 부품의 제조 공정의 수가 증가하여, 압전 부품의 제조 비용이 증가한다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 제조가 간단하고 더욱이 전기적 특성이 우수한 저비용의 압전 부품을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 구현예에 따른 압전 부품의 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 압전 부품에 사용되는 압전 소자의 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시한 압전 부품의 세로 단면도이다.

도 4는 댐핑 부재의 경도에 대해 도 1에 도시한 압전 부품의 트랩 감쇠량의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는 도 1에 도시한 압전 부품의 군 지연 시간과, 댐핑 부재의 경도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 압전 부품의 분해 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 압전 부품의 세로 단면도이다.

도 8은 도 6에 도시한 압전 부품의 왜곡율과, 댐핑 부재의 경도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 제 3 구현예를 따른 압전 부품의 분해 사시도이다.

도 10은 도 9에 도시한 압전 기판의 외관을 나타내는 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 압전 트랩 11 : 압전 소자

12 : 댐핑(damping) 부재 15 : 압전 기판

21a, 21b, 22a, 22b : 진동 전극 50 : 압전 판별 회로

51 : 압전 소자 52 : 댐핑 부재

55 : 압전 기판 61, 62 : 진동 전극

70 : 압전 트랩 72, 73 : 댐핑 부재

80 : 압전 기판 81a, 81b, 82a, 82b : 진동 전극

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 압전 부품은, 양 주면에 진동 전극이 형성된 압전 기판을 포함하고 있으며, 두께 전단 모드로 진동하는 압전 소자; 및 진동 전극을 덮도록 압전 기판의 양 주면 중의 한 주면에 배치되고, 소정의 경도를 가지고 있는 댐핑 부재;를 포함한다.

이상의 구성에 따르면, 적정 경도를 가지는 댐핑 부재를 압전 기판의 단 하나의 주면상에 배치하여, 필요한 전기적 특성을 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, 쇼어 경도(Shore hardness)가 35∼80인 댐핑 부재를 사용할 경우, 댐핑 부재를 압전 기판의 단 하나의 주면상에 배치하여, 트랩으로서 필요한 규격을 만족시키는 감쇠 특성 및 군 지연 특성을 얻을 수 있다.

또한, 댐핑 부재로서 쇼어 경도가 80∼100인 것을 사용한 경우, 댐핑 부재를 압전 기판의 단 하나의 주면상에 배치하여, 판별 회로로서 필요한 규격을 만족하는왜곡율 특성을 얻을 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 구현예에 따른 압전 부품을 설명한다.

[제 1 구현예, 도 1∼도 5]

본 발명의 구현예에 따른 압전 부품을 트랩에 적용한 것을 도 1에 도시한다. 압전 트랩(10)은, 압전 소자(11)와, 댐핑 부재(12)와, 압전 소자(11)를 이송하는 지지 기판(13), 및 지지 기판(13)에 압전 소자(11)를 덮는 커버 부재(14)로 이루어져 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 압전 소자(11)는 PZT와 같은 직사각형의 압전 기판(15)과, 압전 기판(15)의 상면에 형성된 두 개의 진동 전극(21a, 22a), 및 그 저면에 형성된 두 개의 진동 전극(21b, 22b)으로 구성된다. 진동 전극(21b, 22b)은, 압전 기판(15)을 사이에 끼운 상태에서 진동 전극(21a, 22a)에 각각 대향하고 있다. 압전 기판(15)의 좌측 단부에는, 상면에서 저면으로 연장되어 단자 전극(31)이 형성되어 있다. 단자 전극(31)은 진동 전극(21a)에 접속되어 있다. 압전 기판(15)의 우측 단부에는, 상면에서 저면으로 연장되는 단자 전극(32)이 형성되어 있다. 단자 전극(32)은 진동 전극(22a)에 접속되어 있다. 압전 기판(15)의 저면에 형성된 진동 전극(21b, 22b)들 사이에는 단자 전극(33)이 형성되어 있고, 그 단자 전극(33)은 진동 전극(21b, 22b)에 접속되어 있다.

지지 기판(13)은 알루미나와 같은 절연성 물질로 이루어져 있고, 그 상면에는, 압전 소자(11)의 단자 전극(31∼33)에 각각 대응하여, 그 상면에 형성된 접속전극(41∼43)에 접속되어 있다. 접속 전극(41)의 양 단부(41a)는, 지지 기판(13)의 두 개의 변에 각각 형성된 노치(13a) 내에 연장되어 있다. 접속 전극(42)의 양 단부(42a)는, 지지 기판(13)의 두 개의 변에 각각 형성된 노치(13b) 내에 연장되어 있다. 접속 전극(43)의 양 단부(43a)는, 지지 기판(13)의 두 개의 변에 각각 형성된 노치(13c) 내에 연장되어 있다.

지지 기판(13)의 접속 전극(41∼43)에는, 인쇄 등에 의해 도전성 접착제(16 : 도 3 참조)가 각각 도포되고, 이들 도전성 접착제(16)에 의해 압전 소자(11)의 단자 전극(31∼33)이 각각 접착된다. 이에 의해, 그 진동부가, 도전성 접착제의 두께에 의해 형성되는 지지 기판(13)에 갭을 가진 상태에서, 압전 소자(11)는, 그 진동 부분이 지지 기판(13)에 이송된다.

압전 기판(15)의 상면상에는, 35∼80의 쇼어 경도를 가지는 실리콘 고무로 이루어진 댐핑 부재(12)가, 인쇄법과 같은 방법에 의해 부여되고, 진동 전극(21a, 22a)을 덮는다.

지지 기판(13)의 상면의 둘레부에는 인쇄에 의해 유리 페이스트 필름(17)이 형성되어 있다. 금속 재료로 이루어지는 커버 부재(14)가 압전 소자(11)를 덮도록, 이 유리 페이스트 필름(17)에 접착된다. 커버 부재(14)는 유리 페이스트막(17)에 형성된 홀(18)을 통해 도전성 접착제 등을로, 접지용의 접속 전극(43)에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 압전 소자(11)는 전자(電磁)적으로 실드된다.

이상의 구성의 압전 트랩(10)에서, 댐핑 부재(12)는, 진동 전극(21a, 22a)이 형성된 상면측으로부터 압전 소자(11)에 발생하는 두께 전단 진동을 둔화시킨다.그리고, 댐핑 부재(12)로서, 35∼80의 쇼어 경도를 가지는 재료를 사용함으로써, 도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 50dB(=규격 하한값)를 초과하는 트랩 감쇠 및 100msec(=규격 상한값) 미만의 군 지연 시간을 가지는 압전 트랩(10)을 얻을 수 있다.

[제 2 구현예, 도 6∼도 8]

본 발명의 구현예에 따른 압전 부품을 판별 회로에 적용한 것을 도 6에 도시한다. 압전 판별 회로(50)는, 압전 소자(51)와, 댐핑 부재(52)와, 압전 소자(51)를 수용하는 케이스(53)와, 케이스(53)의 상면 개구를 실드하는 덮개 부재(54)로 이루어져 있다.

압전 소자(51)는, 상면에 진동 전극(61)이 형성되고, 저면에 진동 전극(62)이 형성된 직사각형의 압전 기판(55)으로 이루어진다. 진동 전극(61, 62)은 압전 기판(55)의 중앙부에서 서로 대향하게 형성된다. 진동 전극(61)의 인출부(61a)는 압전 기판(55)의 좌측 단부에서, 상면에서 저면으로 연장되고 있다. 진동 전극(62)의 인출부(62a)는, 압전 기판(55)의 우측 단부에서, 저면에서 상면으로 연장되고 있다.

케이스(53)는 알루미나와 같은 절연성 재료로 이루어지며, 압전 소자(51)를 수용하는 패임부(56)를 가지고 있다. 패임부(56)의 양 단부에는, 압전 소자(51)의 양 단부에 각각 위치시키는 단차부(57, 58)가 형성되어 있다. 단차부(57, 58)에 따르면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 압전 소자(51)는, 그 진동 부분이 패임부(56)의 저면(59) 사이에 갭을 가진 상태로 지지된다.

케이스(53)에는, 각 단차부(57, 58)에서 외부 둘레면으로 연장된 접속 전극(62, 63)이 형성되어 있다. 단차부(57, 58)에는 도전성 접착제(64)가 부여되고, 압전 소자(51)에서 진동 전극(61, 62)의 인출부(61a, 62a)가 도전성 접착제(64)에 의해 접속 전극(62, 63)에 각각 전기적으로 접속된다.

압전 기판(55)의 상면에는, 80∼100의 쇼어 경도를 가지는 실리콘 고무로 이루어지는 댐핑 부재(52)가 부여되고, 인출부(61a)를 제외한 진동 전극을 덮고 있다.

케이스(53)의 상면 개구의 둘레부에는 덮개 부재(54)가 접착된다. 덮개 부재(54)의 양단부에도, 케이스(53)의 접속 전극(62, 63)에 각각 전기적으로 접속되는 접속 전극(65, 66)이 형성되어 있다.

이상의 구성의 압전 판별 회로(50)에서, 댐핑 부재(52)는, 압전 소자(51)에 발생하는 두께 전단 진동을, 진동 전극(61)이 형성된 상면측으로부터 둔화시킨다.댐핑 부재(52)로서, 80∼100의 쇼어 경도를 가지는 재료를 사용함으로써, 도 8에서도 알 수 있듯이, 1 퍼센트(=규격 상한값) 미만의 왜곡율을 가지는 압전 판별 회로(50)를 얻을 수 있다.

[제 3 구현예, 도 9 및 도 10]

제 3 구현예는, 모놀리식 압전 트랩에 관련하여 설명한다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 압전 트랩(70)은, 압전 소자(71)와, 이 압전 소자(71)를 사이에 끼워 진동 공간을 형성하는 보호 기판(74, 75)으로 구성되어 있다.

압전 소자(71)는, 압전 기판(80)으로 이루어지며, 압전 기판(80)의 상면에는진동 전극(81a, 82a)이 형성되어 있다. 압전 기판(80)의 저면에는, 진동 전극(81a, 82a)에 각각 대향하도록 진동 전극(81b, 82b)이 형성되어 있다. 압전 기판(80)의 좌측 단부에는, 인출 전극(84)이 형성되고, 이 인출 전극(84)은 진동 전극(81a)에 접속되어 있다. 압전 기판(80)의 우측 단부에는 인출 전극(85)이 형성되고, 이 인출 전극(85)은 진동 전극(82a)에 접속되어 있다. 압전 기판(80)의 저면의 진동 전극(81b)과 진동 전극(82b) 사이에는 인출 전극(86)이 형성되어 있고, 이 인출 전극(86)은 진동 전극(81b, 82b)에 접속되어 있다.

압전 기판(80)의 상면상에는, 각각 진동 전극(81a, 82a)을 덮도록, 35∼80의 쇼어 경도를 가지는 실리콘 고무로 이루어지는 댐핑 부재(72, 73)가, 인쇄법 등의 방법에 의해 부여되고 있다. 보호 기판(74, 75)의 중앙부에는, 진동 공간을 형성하기 위한 패임부(74a, 75a)가 각각 형성된다. 보호 기판(74, 75)은 세라믹재나 수지재로 이루어진다. 또한, 진동 공간 형성용 패임부(74a, 75a)는 반드시 필요한 것은 아니며, 보호 기판(74, 75)을 압전 소자(71)에 접합하기 위해 이용하는 접착제의 두께만큼 진동 공간을 보호하여도 된다.

보호 기판(74, 75)은, 접착제를 통해 압전 소자(71)에 결합된다. 이렇게 하여, 도 10에 나타내는 바와 같이, 내부에 밀폐된 진동 공간을 가지는 적층체(90)가 얻어진다. 적층체(90)의 양단부에는 각각 외부 전극(91, 92)이 형성되고, 중앙부에는 외부 전극(93)이 형성된다. 외부 전극(91, 92, 93)은 인출 전극(84, 85, 86)에 각각 전기적으로 접속되어 있다.

이상의 구성의 압전 트랩(70)은, 상술한 제 1 구현예에 따른 압전 트랩(10)과 동일한 작용 및 효과를 가진다.

[다른 구현예]

본 발명은, 상기 구현예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지의 범위 내에서 여러 종류로 변경할 수 있다. 예를 들면 제 1 구현예에 따른 트랩의 압전 소자(11)를, 제 2 구현예의 케이스(53)에 수용하도록 하여도 되고, 또는, 제 2 구현예의 압전 소자(51)를 제 1 구현예의 지지 기판(13)에 반대로 위치하도록 하여도 된다. 더욱이, 댐핑 부재는, 압전 기판의 상면 대신 저면에 부여하여도 된다.

이상의 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 압전 기판의 하나의 주면측에 소정의 경도를 가지는 댐핑 부재를 부여하여, 압전 소자의 두께 전단 진동을 둔화시켜 필요한 전기 특성을 얻고 있기 때문에, 댐핑 부재를 부여하기 위한 공정의 수가 감소되고, 제조가 용이하고, 값싼 압전 부품을 얻을 수 있다.

예를 들면, 댐핑 부재로서 쇼어 경도가 35∼80인 것을 사용하는 경우, 댐핑 부재를 압전 기판의 단 하나의 주면상에 배치함으로써, 트랩으로서 요구되는 규격을 만족하는 감쇠 특성 및 군 지연 특성을 얻을 수 있고, 트랩을 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 댐핑 부재로서 쇼어 경도가 80∼100인 것을 사용하는 경우, 댐핑 부재를 압전 기판의 단 하나의 주면상에 배치함으로써, 트랩으로서 필요한 규격을 만족하는 왜곡율 특성을 얻을 수 있고, 판별 회로를 용이하게 생산할 수 있다.

Claims

양 주면에 진동 전극이 형성된 압전 기판을 포함하고 있으며, 두께 전단 모드(shear mode)로 진동하는 압전 소자; 및

상기 진동 전극을 덮도록 상기 압전 기판의 양 주면 중의 한 주면에 배치되고, 소정의 경도를 가지고 있는 댐핑(damping) 부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
제 1 항에 있어서, 상기 댐핑 부재는 35∼80의 쇼어 경도(Shore hardness)를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
제 1 항에 있어서, 상기 댐핑 부재는 80∼100의 쇼어 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 부품.