KR100408609B1 - 압전형 전기 음향 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 압전형 전기 음향 변환기는 파쇄 저항 강도를 크게 개량하고, 작동 효율을 증가시키고 크기를 소형화 하는 것을 특징으로 하고, 적층된 압전형 세라믹 층들을 포함하여 하나의 적층체을 형성하게 된다. 주면 전극들은 상기 적층체의 전면 및 후면 주면들상에 형성되고, 하나의 내부 전극은 각각의 세라믹 층들 사이에 형성된다. 주면 전극들을 연결하는 하나의 측면전극, 및 내부전극에 도전된 하나의 측면전극은 상기 적층체의 측면상에 형성된다. 모든 세라믹 층들은 같은 방향으로 분극되며, 주면 전극들과 내부 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 상기 적층체의 벤딩 진동이 일어난다. 상기 적층체의 전면 및 후면들은 수지층으로 거의 대부분이 덮여있는 것을 특징으로 한다.

Description

압전형 전기 음향 변환기{A piezoelectric type electric acoustic converter}

본 발명은 압전 이어폰, 압전 음향 기기, 압전 스피커 및 압전 버저(buzzer)와 같은 압전형 전기 음향 변환기의 구조, 특히 이 변환기의 진동판에 관한 것이다.

종래에, 압전형 전기 음향 변환기는 압전 이어폰, 압전 버저 또는 다른 적합한 압전 기기에 널리 사용된다. 이러한 압전형 전기 음향 변환기의 일반적인 형태는 원형의 금속 판을 원형의 압전 세라믹 보드의 일면위에 결합시켜 형성되는 유니모프(unimorph) 형태의 진동판으로서, 이 진동판의 원주는 원형 케이스 내에서 지지되고, 상기 케이스의 입구(opening)는 커버로 덮힌다. 그러나, 유니모프 형태의 진동판에서는, 음압(音壓)에 의해 발생하는 변위 크기가 작은 결점이 있는데, 이는 전압의 인가에 대응하여 커지는 외부 지름을 갖는 세라믹 보드를 크기가 변하지 않는 금속판에 부착시킴으로써 벤딩(bending) 진동이 생기기 때문이다.

추가로, 일본 특허공개공보 제 61-205100호에서는 복수의 압전 세라믹 층을 함유한 적층 구조의 바이모프형 진동판을 개시하고 있다. 이러한 진동판은 복수의 세라믹 그린 시트, 복수의 전극들을 적층하고, 상기 시트들과 전극들을 동시에 베이킹하여 얻어진 압축 소결체(sintered compact body)를 사용함으로써 구현된다. 상기 전극들은 진동판의 진동에 제한을 가하지 않는 위치에 형성된 스루-홀들을 경유하여 전기적으로 연결되어 있다. 첫번째 및 두번째 진동 영역을 두께방향으로 질서있게 배열하여 상기 영역들이 서로 엇갈리는 방향으로 진동하도록 하게 함으로써 유니모프형에 비하여, 보다 큰 양의 변위, 즉, 보다 큰 음압을 얻게 된다.

그러나, 예를 들어, 상기 바이모프 진동판의 경우에 세 개의 세라믹 층을 함유하는 진동판의 벤딩 진동이 생기면, 상기 공개공보의 도 17에 나타내어 있듯이, 하나의 주면과 하나의 내부 전극은 하나의 스루-홀을 경유하여 서로 연결되어야 한다. 또 다른 주면 전극 및 또 다른 내부 전극은 스루-홀을 경유하여 서로 연결될 필요가 있으며, 교류 전압이 이들 사이에 인가될 필요가 있다. 따라서, 주면 전극 및 내부 전극의 복잡한 내부연결이 필요하며, 따라서 내부연결 비용은 비싸진다.

따라서, 본 발명의 출원인은 주면 전극 및 내부 전극의 내부 연결을 없애고, 간단한 연결 구조(아직 공개되지 않은 일본 특허출원 제 11-207198호)로부터 바이모프형 진동판을 구성하는 압전형 전기 음향 변환기를 구현하였다. 상기 전기 음향 변환기는 둘 또는 세개의 압전 세라믹 층이 적층되어 하나의 적층체를 형성하고, 주면 전극들은 상기 적층체의 전부 및 후부들 위에 형성되고, 내부 전극들은 각각의 세라믹 층들 사이에 형성되고, 모든 세라믹 층들은 두께 방향으로 모두 같은 방향으로 분극되는 특징을 갖는다. 적층체의 벤딩 진동은 주면 전극과 내부 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써 얻어질 수 있다.

이러한 바이모프형 진동판은, 유니모프형 진동판에 비하여 보다 큰 음압이얻어지는 특징이 있다. 다른 한편으로, 금속판에 의한 강화가 없으므로 충격에 대한 저항이 낮고, 휴대용 단자 또는 다른 유사 용도로 사용되면, 충분한 파쇄 저항(shatter resistance)이 얻어지지 않는다.

상술한 문제점들을 극복하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 간단한 연결구조를 가지면서 큰 음압을 얻고, 파쇄 강도가 크게 향상된 압전형 전기 음향 변환기를 제공하기 위해서, 바이모프형 진동판을 제공하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압전형 전기 음향 변환기의 바람직한 제 1 실시형태를 도시한 외부 사시도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 압전형 전기 음향 변환기의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1에 나타낸 A-A 라인을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도 4는 도 1에 나타낸 B-B 라인을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도 5는 도 1에 나타낸 압전형 전기 음향 변환기에 사용되는 진동판의 사시도이다.

도 6은 도 5에 나타낸 C-C 라인을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도 7은 수지층이 형성된 진동판과 수지층이 형성되지 않은 진동판 간의 음압(sound pressure) 비교도이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태를 도시한 사시도이다.

도 9는 도 8에 도시된 D-D 라인을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명>

1 ........ 진동판 1a, 1b ... 압전 세라믹 층

3 ........ 전부의 주면 전극 4 ........ 후부의 주면 전극

5 ........ 내부 전극 6, 7 ..... 수지층

8 ........ 제 1 측면 전극 9 ........ 제 2 측면 전극

본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따르면, 압전형 음향 변환기는 하나의 층상구조를 형성하기 위해 적층된 압전 세라믹 층들, 상기 적층체의 전부 및 후부 주면들 위에 형성된 주면전극들, 각각의 세라믹 층들 사이에 형성된 내부 전극, 동일 방향으로 분극된 상기 세라믹 층들을 포함하며, 상기 적층체의 벤딩 진동은 상기 주면 전극 및 내부 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써 얻어진다. 상기 적층체의 전부 및 후부 면들은 수지층으로 거의 전부 덮혀있다.

교류전압이 본 발명의 바람직한 실시형태인 적층체의 주면 전극 및 내부 전극 사이에 인가되면, 전부 및 후부의 세라믹 층에 작용하는 전계의 방향은 두께 방향에서 반대 방향으로 바뀐다. 다른 한편으로, 모든 세라믹 층들의 분극 방향은 두께 방향과 같은 방향을 갖는다. 상기 층들에 사용된 압전 세라믹은 분극 방향 및 전계의 방향이 같은 방향을 갖게 되면 평면방향으로 수축하는 특징을 갖으며, 분극 방향 및 전계의 방향이 서로 반대 방향이면, 평면방향으로 팽창하는 특징을 갖는다. 따라서, 상술한 바와 같이 교류전압이 인가되고 전부의 세라믹 층이 팽창하면(수축하면), 후부의 세라믹 층은 수축하고(팽창하고) 적층체는 전체적으로 벤딩 진동을 발생시킨다. 이러한 변위의 양은 유니모프형 진동판에 비하여 크므로, 음압은 크게 증가된다.

세라믹을 포함하는 종래의 적층체는 가해지는 외부 충격에 약한 반면, 이 적층체에서의 음압 값은 크다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 적층체는 구조물의 전면들 및 후면들 대부분을 수지로 덮어 강화되어, 파쇄 저항 강도를 크게 증가시키게 된다. 이 수지층은 상기 적층체의 벤딩 진동을 억제하지 못하기 때문에, 음압은 영향을 받지 않고 공진 주파수는 증가되지 않는다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따르면, 수지층은 박막의 상태로 페이스트인 수지를 코팅한 후에 딱딱하게 강화시킨 코팅 층이다. 택일적으로, 상기 수지층은 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따른 적층체에 부착된 수지막일 수도 있다.

수지 층을 형성하는 수지 재료가, 실리콘 계열 및 우레탄 계열과 같은, 낮은 영 계수를 갖는 재료인 경우 적층체을 강화시키는 효과를 갖지 못한다. 또한, 외부 충격에 대한 저항 역시 충분히 기대되지 못한다. 에폭시 계열 및 아크릴 타입같은, 높은 영 계수를 갖는 수지 재료를 사용할 경우, 충격 저항은 크게 증가된다. 예를 들어, 상기 수지 재료로서, 폴리이미드 수지, 폴리아미드-이미드 수지 등이 포함된다.

본 발명의 바람직한 제 4 실시형태에 따르면, 실질적으로 직사각형 모양을갖는 적층체을 형성하는 것이 바람직하다. 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 적층체에서, 전극 형성, 세라믹 층들의 적층, 프레스 부착, 베이킹 및 수지층의 형성과 같은 공정들은, 모판의 단계에서 행해질 수 있게 되어, 재료의 낭비가 최소화되면서 대량생산 효율이 크게 향상된다. 더욱이, 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 진동판이 형성되면, 원형 진동판에 비하여 음변환 효율은 크게 향상되고, 낮은 주파수 음이 발생될 수 있는 이점이 있게 된다.

본 발명의 바람직한 제 5 실시형태로서 적층체의 측면(side)위에 형성된 제 1 측면 전극을 경유하여 전면 및 후면들의 주면 전극들을 서로 도전(導電)시키고, 내부전극을 제 1 측면 전극과 다른 위치의 측면위에 형성된 제 2 측면 전극에 도전시킬 수 있다. 이 경우, 외부와의 전기적 연결은 주면 전극 및 내부 전극을 측면 전극을 경유하여 끌어냄으로써 이루어진다.

본 발명의 바람직한 제 6 실시형태에 따르면 제 1 및 제 2 측면 전극들을 수지 층의 전면 및 후면들을 향하도록 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전기도전성 접착체(glue), 또는 다른 재료들을 사용하여, 본 발명의 전기 음향 변환기를 외부와 전기적으로 연결할 때, 상기 전기 음향 변환기의 연결은 간단해지며 상기 전극들의 형성은 간단해진다.

본 발명의 바람직한 제 7 실시형태에 따르면, 제 2 측면 전극은 적층체의 전면 및 후면을 향할 수 있다. 전면 및 후면들의 주면 전극들의 일부가 노출된 노치 부분(notch part), 및 상기 적층체의 전면 및 후면들을 향해 있는 제 2 측면 전극의 일부가 노출된 노치부분은 수지층을 사용하여 형성할 수 있다.

이 경우, 본 발명의 바람직한 제 6 실시형태와 같이 수지층 면 위에 전극을 형성할 필요는 없으며, 하나의 전극만이 적층체 위에 형성될 필요가 있고, 따라서 외부와의 전기적인 연결이 간단해질 뿐 아니라 전극 형성 과정이 간단해진다.

본 발명의 다른 특성들, 성분들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조로 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질것이다.

도 1-4는 본 발명에 따른 압전형 음향 변환기의 바람직한 제 1 실시형태를 도시하고 있다.

본 압전형 전기 음향 변환기는 적층체 몸체로서 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 진동판(1), 이 진동판(1)을 포함하는 케이스(10) 및 보드(20)을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 압전형 전기 음향 변환기는 표면실장형 부품으로서 구현되는 것이 바람직하지만 핀-형 부품과 같은 다른 형태의 부품으로서 구현될 수 있다.

이러한 바람직한 실시형태의 진동판(1)은, 도 5 및 도 6에서 나타낸 바와 같이, PZT 또는 다른 적합한 재료로 만들어지는 것이 바람직한 두개의 압전 세라믹 층들(1a, 1b)을 적층함으로써 얻어진다. 주면 전극들(3, 4)은 진동판(1)의 전면 및 후면 주면들위에 형성되고, 내부 전극(5)은 세라믹층들(1a, 1b)사이에 형성된다. 상기 도면들에서 두꺼운 선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 두개의 세라믹 층들(1a, 1b)은 두께 방향과 같은 방향으로 분극된다. 이러한 바람직한 실시형태에 있어서, 전부의 주면 전극(3) 및 후부의 주면 전극(4)은 하나의 짧은 측면에서 진동판(1)의 또 다른 짧은 측면 바로 직전까지 연장된다. 내부 전극(5)은 또 다른 짧은 측면으로부터 주면 전극들(3, 4)과 대칭적으로 하나의 짧은 측면 바로 직전까지 연장된다. 진동판(1)의 전면 및 후면들은 수지층들(6, 7)로 덮여 있다. 박막의 상태로 페이스트인 수지를 코팅한 후, 수지층들(6,7)은 딱딱하게 강화시킨 코팅 층들이거나 수지막이 부착된 층들이다. 수지층들(6, 7)로서, 에폭시 수지 및 아크릴-타입 수지같은, 대략 1100MPa의 영 계수를 갖는, 재료가 경화(hardening)에 사용되는 것이 바람직하다.

주면 전극들(3, 4)에 도전된 제 1 측면 전극(8)이 진동판(1)의 한 짧은 측면위에 형성되고, 이 측면 전극(8)의 상부 및 하부는 수지층들(6, 7)의 면들을 향하도록 배열된다. 더욱이, 내부 전극(5)에 도전된 제 2 측면 전극(9)은 진동판(1)의 또 다른 짧은 측면 위에 형성되고, 이 측면 전극(9)의 상부 및 하부는 수지층들(6, 7)의 면들을 향하도록 배열된다.

케이스(10)는 상부-벽 영역 및 네 개의 측면-벽 영역을 갖는 박스 구성(box configuration)을 갖는 것이 바람직하고, 열 저항성 수지로 만드는 것이 바람직하다. 잡음-방출 홀(11)이 상부-벽 영역위에 형성되고, 보드(20)는 밑면 입구에 결합된다. 단-모양의 지지부(12a, 12b)는 케이스(10)가 대향된 두 측면 벽들의 내부 측면위에 형성되고, 진동판(1)의 짧은 측면을 제외한 두 에지들(edge)은, 접착제와 같은, 지지제들(13a, 13b)에 의해, 이들 지지 영역(12a, 12b)위에 지지된다. 더욱이, 진동판(1)의 보다 긴 측면의 두 에지들과 케이스(10) 사이의 간극은, 실리콘 고무 같은, 탄성 밀봉제들(14a, 14b)에 의해서 밀봉된다. 또한, 탄성 밀봉제들(14a, 14b)과 동일한 재료가 지지제들(13a, 13b)에 사용된다.

보드(20)는 케이스(10)와 유사하게 열저항 수지, 유리 에폭시, 세라믹 재료,또는 다른 적합한 재료를, 포함하며 외부 연결 전극들(21a, 21b)은 전면 및 후면들의 양 단부에 형성된다. 전면 및 후면들 위의 전극들(21a, 21b)은 상기 보드(20)의 양 단부 에지들 위에 형성된 노치 홈들(22a, 22b)의 내부면을 경유하여 서로 도전된다. 보드(20)는 전기 전도성 접착제들(23a, 23b)이 케이스(10)에 고정된 진동판(1)의 측면 전극들(8, 9) 위에 연이어 주입되는 모양으로 코팅된 상태로 절연성 접착제(24)를 경유하여 케이스(10)의 아랫면 입구에 부착되어 있다. 진동판(1)의 측면 전극(8)은 전기 전도성 접착제(23a)에 의한 외부연결을 위해 전극(21a)과 연결되고, 측면 전극(9)은 전기 전도성 접착제(23b)에 의한 외부 연결을 위해 전극(21b)과 연결된다. 또한, 절연성 접착제(24)는 보드(20)위에 코팅될 수 있으며, 케이스(10)의 개구 위에 코팅될 수 있다. 따라서, 압전형 전기 음향 변환기는 전기 전도성 접착제(23a, 23b) 및 절연성 접착제(24)를 딱딱하게 강화시킴(stiffening)으로써 완성된다.

소정의 교류 전압이 외부 연결(21a, 21b)을 위한 전극들 사이에 인가되면, 진동판(1)의 벤딩 진동은 길이 벤딩 모드로 행해진다. 즉, 진동판(1)의 짧은 측 측면의 양단들은 지지대(fulcrum)를 형성하고, 최대치 지점으로서 길이방향의 중심 단면을 사용하여, 벤딩 진동이 행해진다. 예를 들어, 음전압이 외부 연결을 위해 형성된 전극(21a)에 연결된 측면 전극(8)에 인가되고 양전압이 외부 연결을 위해 형성된 전극(21b)에 연결된 측면 전극(9)에 인가되면, 도 6의 얇은 선의 화살표 머리가 가르키는 방향의 전계가 발생한다. 분극방향과 전계의 방향이 같으면 세라믹 층들(1a, 1b)이 평면방향으로 수축하는 특성을 가지며, 분극방향과 전계의 방향이반대이면, 상기 층들은 평면방향으로 팽창하는 특성을 갖는다. 따라서, 전부의 세라믹층(1a)은 수축하고, 후부의 세라믹층(1b)은 팽창한다. 따라서, 진동판(1)은 구부러져, 중앙부가 하부 영역에 대해 볼록한 형태가 된다. 외부 연결(21a, 21b)을 위해 형성된 전극들에 인가된 전압이 교류전압이면, 진동판(1)은 벤딩 진동을 주기적으로 발생시키며 결과적으로 큰 음압을 생성하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태의 진동판(1)은 세라믹 층들(1a, 1b)이 적층된 바이모프형 진동판이므로, 금속판을 사용한 유니모프형 진동판에 비교하여 볼때 변위가 크게 증가하며, 따라서, 더욱 커진 음압이 얻어진다. 더욱이, 변위는 금속판에 의해서 제약을 받지 않기 때문에, 낮은 주파수의 음이 생성된다. 즉, 같은 주파수를 갖는 음이 생성되면서 크기는 감소되는 것이다. 더욱이, 파쇄-저항 강도는 수지층들(6, 7)을 강화부재로 사용함으로써 늘어나고, 전면 및 후면들에서 음압에 좋지않은 영향을 주지 않고, 따라서, 공진주파수가 크게 향상된다.

도 7에서, 진동판(1)의 크기는, 예를 들어, 대략 10㎜×10㎜×0.08㎜이며, 수지층들(6, 7)로서 진동판(1)의 상부 및 하부면에 약 20㎜의 두께를 갖도록 에폭시 계열 접착제를 코팅할 때의 음압이 수지층이 형성되지 않는 경우에 대하여 비교되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 음압 감소 및 수지층(6, 7)을 형성함으로서 생긴 주파수 변화는 발견되지 않았다.

표 1은 도 7에 나타낸 바와 같이 진동판(1)에 수지층들(6, 7)이 형성된 본 발명의 바람직한 실시형태와 수지층이 형성되어 있지 않은 비교예 간의 파쇄-저항 강도를 비교한 것이다. 표에서, "O"은 크랙이 발생하지 않은 것을 의미하고 "X"는크랙이 발생한 것을 의미한다. 낙하시험은 진동판(1)을 도 1에 나타낸 케이스 내에 넣고, 상기 진동판을 지그 100g에 부착시키고, 그것을 수평방향으로 떨어뜨림으로써 수행된다.

낙하 높이	비교 대상물	본 발명
30cm	O	O
75cm	X	O
150cm	X	O

위의 실시예에서, 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 진동판(1)을 사용함으로써 다음의 효과들을 얻었다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 음향 변환효율이 크게 향상되었다는 점이다. 중앙부만이 최대치 지점을 구성하기 때문에, 원형 케이스 진동판에서, 변위 체적은 작고, 음향 변환 효율은 상대적으로 낮다. 더욱이, 진동판 주변이 제약을 받기 때문에 주파수는 높아진다. 낮은 주파수를 갖는 압전 진동판을 얻고자 한다면 반지름 치수는 커진다. 다른 한편, 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 진동판(1)에서, 최대치 지점은 길이 방향의 중심 선을 따라 존재하고, 변위체적은 크다. 높은 음향 변환 효율이 얻어지게 된다. 더욱이, 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 진동판(1)의 길이방향에 있는 두 단부들이 고정되어도, 이들 사이의 일부는 탄성 밀봉제들(14a, 14b)에 의해서 쉽사리 대체될 수 있으므로, 원형의 진동판에 비하여 낮은 주파수가 얻어진다. 반대로, 같은 주파수를 얻고자 한다면 크기를 감소시킬 수 있다.

두 번째로, 생산성이 향상된다. 실질적으로 원형 모양을 갖는 진동판의 경우에도, 모판으로부터 진동판이 펀칭되기 때문에 많은 펀칭 드렉(dreg)들이 생긴다. 거의 직사각형 모양을 갖는 진동판에 있어서, 적층된 압전 트랜스듀서는 다이싱 과정 또는 다른 적합한 과정을 통해 절단될 수 있기 때문에, 펀칭 드렉들이 감소한다. 더욱이, 수지층의 코팅 및 막을 매우 큰 크기의 모판 위에 형성시킬 수 있으며, 대량생산성이 크게 향상되어 요구되는 많은 제조 공정들의 수를 줄일 수 있다.

도 8 및 도 9는 진동판의 바람직한 제 2 실시형태를 도시하고 있다. 이 진동판(30)은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 진동판(1)과 마찬가지로 두개의 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 세라믹 층들(31, 32)을 적층함으로써 형성되는 것이 바람직하며, 상기 진동판(30)의 상부 및 하부면 위에 주면 전극들(33, 34)이 형성된다. 주면 전극들(33, 34)은 진동판(30)의 한 측면위에 형성된 제 1 측면 전극(38)을 경유하여 서로 연결되며, 내부전극(35)은 대향하는 측면위에 형성된 제 2 측면 전극(39)에 연결된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 측면 전극들(38, 39)은 세라믹 층들(31, 32)의 측면 위에만 배열되고, 측면 전극(39)의 일부분은 상기 세라믹 층들(31, 32)의 상부 및 하부면들에까지 향하게 된다. 주면 전극들(33, 34)의 일부가 노출된 영역인, 노치들(36a, 37a)은 수지층들(36, 37)의 한 단부위에 형성된다. 세라믹층들(31, 32)의 상부 및 하부면들에 향하는 측면 전극(39)의 일부가 노출된 영역인, 노치들(36b, 37b)은 수지층들(36, 37)의 다른 단부위에 형성된다.

전극들(33, 34) 및 측면전극(39)은 노치들(36a, 37a, 36b, 37b)를 통해 진동판(1)의 전면 및 후면에 노출된다. 따라서, 진동판(30)을 전기 전도성 접착제 또는다른 적합한 재료 또는 방법을 통하여 외부와 연결할때, 연결과정은 쉽고 명확하게 행해질 수 있다. 더욱이, 도 5 및 도 6에 나타낸 진동판(1)에 있어서, 전극은 수지층들(6, 7)의 표면위에 형성될 필요가 없기 때문에, 전극형성과정은 크게 간단해질 수 있는 이점이 있다.

도 10은 진동판의 바람직한 제 3 실시형태를 도시하고 있다. 이러한 바람직한 실시형태의 진동판(40)은 세 개의 압전 세라믹층들(41, 42 및 43)을 적층함으로써 형성된다. 주면전극들(44, 45)은 세라믹층(41)의 표면 및 세라믹 층(43)의 후부위에 형성된다. 내부전극들(46, 47)은 세라믹층들(41, 42 및 43) 각각의 위에 형성된다. 두꺼운 선화살표가 나타내듯이, 세개의 세라믹 층들(41, 42 및 43)은 두께방향과 같은 방향으로 분극된다.

주면 전극들(44, 45)을 덮는 수지층들(48, 49)은 진동판(40)의 전(前)면 및 후면들의 거의 전부에 형성된다. 주면 전극들(44, 45)은 도 6의 경우와 같이 하나의 짧은 측면으로부터 진동판(40)의 또다른 짧은 측면의 바로 직전까지 확장되며, 상기 전극들의 일단은 진동판(40)의 하나의 짧은 측면위에 형성된 측면 전극(50)에 연결된다. 따라서, 전면 및 후면들의 주면 전극들(44, 45)은 서로 연결된다. 더욱이, 내부 전극들(46, 47)은 주면 전극들(44, 45)과 대칭적으로 또 하나의 짧은 측면으로부터 확장되어 하나의 짧은 측면 바로 직전까지 확장되며, 상기 전극들의 일단은 진동판(40)의 또다른 짧은 측면위에 형성된 측면 전극(51)에 연결된다. 따라서, 내부전극들(46, 47)은 서로 연결된다. 추가로, 측면 전극들(50, 51)은 수지층들(48, 49)의 전면 및 후면들에 향하도록 형성된다.

예를 들어, 측면 전극(50)에 부전압이 인가되고 측면 전극(51)에 정전압이 인가되면, 도 10의 얇은 선의 화살표가 나타내는 방향의 전계가 발생한다. 중간층인, 세라믹층(42)의 양 측면위에 있는 내부 전극들(46, 47)은 이 때에 같은 전위를 가지며, 전계는 생성되지 않는다. 분극방향 및 전계의 방향이 같으면, 전부의 세라믹층(41)은 평면방향으로 수축하고, 분극방향 및 전계의 방향이 반대방향이면, 후부의 세라믹층(43)은 평면방향으로 커지고 따라서, 중간층(42)은 커지거나 수축하지 않는다. 따라서, 진동판(40)이 구부러져 진동판의 하부 영역에서는 볼록한 모양이 된다. 교류전압이 측면 전극들(50, 51) 사이에 인가되면, 진동판(50)은 벤딩 진동을 주기적으로 발생시키고 결과적으로 큰 음압을 발생시킨다.

비록, 도 10에서, 측면전극들(50, 51)이 수지층들(48, 49)의 전면 및 후면들을 향하도록 배열되어도, 도 8에서의 경우와 마찬가지로, 주면 전극들(44, 45) 및 측면전극(51)은 수지층들(48, 49)의 일부분을 노칭(notching)함으로 노출된다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시형태인 진동판(1, 30 및 40)의 제조방법은 다음과 같이 행하는것이 바람직하다: 둘 또는 세개의 세라믹 그린 시트들을, 예를 들어, 전극막을 통해 적층하고, 이 결과 얻어진 적층체을 동시에 소결한다. 그리고 나서, 분극은 소결된 적층체에 행한다. 따라서, 수지층은 분극된 적층체의 상부 및 하부 표면들 위에 형성되고, 상기 적층체는 소정의 구성요소 크기로 절단되고, 측면 전극들이 각 구성요소들의 측면들 윗면에 형성된다.

더욱이, 이 방법 대신에, 미리 소결하고 분극시킨 둘 또는 세개의 세라믹 층들을 적층하고 부착시키고, 수지층들이 적층체의 상부 및 하부 면들위에 형성되고,적층체이 소정의 구성요소 크기로 절단되고, 측면 전극들이 각 구성요소의 측면들 위에 형성되는 것이 가능하다.

미리 소결시킨 세라믹 층들이 적층되는 후자의 방법에 비하여, 적층과정후에 소결이 행해지는 전자의 방법은 진동판의 두께를 획기적으로 얇게 만들수 있고, 음압을 크게할 수 있다. 따라서, 탁월한 음변환효율을 갖는 진동판을 얻는 것이 가능하다. 더욱이, 모적층체이 복수의 구성요소들로 절단될 때, 수지층은 구성요소의 크랙(crack)을 방지하는 강화층으로 또한 작용한다.

본 발명은 다양하게 변형되어지며 상술한 바람직한 실시형태에 국한되지 않는다.

본 발명의 진동판(적층체)의 형태는 상술한 바람직한 구현예에서처럼 거의 직사각형 모양에 국한되지 않으며, 대신에 거의 원형 또는 다른 형태의 모양들을 가질 수 있다. 또한, 실질적으로 원형 모양을 갖는 경우에, 음압은 유니모프형 진동판에 비하여 크게 증가된다.

진동판(적층체)을 함유하는 하우징 구조물로서, 도 1 내지 4의 구조물에 국한되지 않는다. 외부 연결을 위한 전극들(21a, 21b)이, 도 1 내지 4에서 나타낸 바와 같이, 보드(20)위에 형성되어 있지만, 외부 연결을 위한 전극이 케이스(10) 측면위에 형성되거나 하나의 단자(terminal)가 고정될 수 있다. 따라서, 이 경우, 보드와 케이스는 위아래가 바뀌게 된다.

진동판(1)위에 형성된 제 1 및 제 2 전극들(8 및 9)은 도 5 및 6에 나타낸대향하는 측면들 위에 형성되는 것으로 제한되지 않는다. 이것들은 진동판의 동일 측면 위의 다른 위치에 또한 형성되어, 서로 인접하게 된다. 추가로, 본 발명의 압전형 전기 음향 변환기는, 압전 버저, 압전 음향기기 및 압전 스피커 같은 음 송신체로 사용되는 외에 압전 폰과 같은 음 수신체로 사용될 수 있다.

상술한 바에서 명백하듯이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따르면, 압전세라믹 층들을 포함하는 적층체의 전면 및 후면들위에 주면 전극들이 형성되고, 내부 전극들은 각각의 세라믹 층들 사이에 형성되고 모든 세라믹 층들은 두께방향과 같은 방향으로 분극된다.

교류신호가 주면 전극과 내부 전극 사이에 인가되면, 전부 및 후부의 세라믹 층들은 반대 방향으로 커지고, 적층체는 전체적으로 벤딩 진동을 생성시킬 것이다. 이러한 변위의 양은 유니모프형 진동판에 비하여 아주 크기 때문에, 이것은 음압을 아주 크게 증가시킨다.

더욱이, 모든 세라믹층들은 두께방향과 같은 방향으로 분극되므로, 종래의 기술에서 요구되는 주면 전극과 내부 전극간의 복잡한 내부연결은 본 발명에서는 필요하지 않다. 단지 주면전극 및 내부전극 간에 교류 신호를 인가하는 것으로 충분하며, 적층체는 매우 간단해지며 제작비용을 크게 절감할 수 있다.

더욱이, 적층체의 전면 및 후면들은 수지층으로 덮이므로, 적층체는 강화되고 파쇄저항 강도는 크게 증가된다. 수지층은 적층체의 벤딩 진동을 억제하지 않기 때문에, 음압은 영향을 받지 않고 따라서 공진 주파수는 증가하지 않는다.

본 발명은 바람직한 실시형태를 참조하여 구체적으로 설명하였으나, 본 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명에 기재된 본 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않는 여러가지 변형이 가능하다는 것을 알 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 특허청구 범위의 기재에 의해서만 제한된다.

Claims (8)

1. 압전형 전기 음향 변환기로서:

   적층체(laminate)를 구성하기 위해 적층된 복수의 압전 세라믹 층들;

   상기 적층체의 전면 및 후면의 주면들 위에 형성된 주면전극들(main surface electrodes), 각각의 세라믹 층들 사이에 형성된 내부 전극(internal electrode), 및 상기 적층체의 전면 및 후면들 모두를 실질적으로 덮도록 형성되어 있는 수지층을 포함하고,

   상기 세라믹 층들은 모두 두께 방향과 동일한 방향으로 분극되고;

   상기 주면 전극들 및 상기 내부 전극 사이에 교류 신호를 인가할 때의 응답으로 벤딩 진동(bending vibration)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수지층은 딱딱하게 강화시킨(stiffened) 코팅 층인 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 딱딱하게 강화시킨 코팅 층 아래에 형성된 페이스트 수지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 수지층은 상기 적층체에 결합되는 수지막인 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 적층체는 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 전면 및 후면들 위의 상기 주면 전극들은 상기 적층체의 한 측면위에 형성된 제 1 측면 전극을 경유하여 서로 도전되고, 상기 내부전극은 제 1 측면 전극과 다른 위치의 한 측면위에 형성된 제 2 측면 전극과 도전되는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
7. 제 6항에 있어서, 제 1 및 제 2 측면 전극들은 상기 수지층들의 전면 및 후면들을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
8. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 측면 전극은 상기 적층체의 전면 및 후면들을 향하도록 배열되고, 상기 전면 및 후면들 위의 주면 전극의 일부분이 노출되는 제 1 노치, 및 상기 적층체의 전면 및 후면들을 향하는 제 2 측면 전극들의 일부가 노출되는 제 2 노치를 포함하여 구성되는 수지 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.