KR100448108B1

KR100448108B1 - 압전 발음체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100448108B1
Application number: KR10-2000-0032846A
Authority: KR
Inventors: 와타나베요시유키; 우에니시히로아키; 가이노다이스케; 시부야가츠유키
Original assignee: 다이요 유덴 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2004-09-10
Also published as: TW498696B; KR20010007382A; JP4429417B2; JP2001016691A

Abstract

음량의 저하를 초래하는 일없이 양호한 음질을 얻을 수 있는 압전 발음체 및 그 제조 방법을 제공한다. 구동판(14) 및 방추(16)의 질량 및/또는 두께는 진동판(12)의 질량 및/또는 두께보다 커지도록 형상 등이 설정된다. 이와 같이 하는 것으로 압전 발음체(50)로서의 공진 주파수를 낮게 하더라도 음압이 높고, 또한, 넓은 주파수 대역에서 평탄하게 되는 음압 진동을 얻을 수 있다.

Description

압전 발음체 및 그 제조 방법{PIEZOELECTRIC ACOUSTIC DEVICE AND A METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF}

본 발명은 전자 음향 기기, 통신 기기, 전자 기기 등에 사용되는 압전 발음체(壓電發音體) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

압전 발음체는 간이한 전기 음향 변환 수단으로서 널리 이용되고 있으며, 특히 최근에는 휴대 전화 등의 분야에서 많이 사용되고 있다. 일반적으로는, 도 7(a)에 도시한 단면도와 같이 압전 구동판(100)을 금속 진동판(110)에 접합한 구성으로 되어있다. 압전재로서는, 예컨대, 압전성 세라믹[지르콘산 티탄산 납(간략하게 PZT), 티탄산 바륨, 지르콘산 납, 티탄산 납 등을 주성분으로 하는 세라믹]이이용된다. 이러한 압전재를 예컨대 원판 형상으로 성형함과 동시에, 소성, 분극하여 압전 구동판(100)을 얻는다. 압전 구동판(100)의 상면(또는 표리 양면)에는 구동용의 전극(102)이 설치되어 있다. 한편, 금속 진동판(110)을 형성하는 금속으로서는, 예컨대 Fe-Ni계 스테인레스 재료가 이용된다. 상기 압전 구동판(100)을 금속 진동판(110)상에 도전성 접착제를 이용하여 접합함으로써, 압전 발음체(또는 압전 스피커, 압전 부저)(120)를 얻는다.

이렇게 하여 얻어진 압전 발음체(120)에는, 전극(102)과 금속 진동판(110)의 사이에, 즉 압전 구동판(100)의 표리면에 구동 신호(122)가 인가된다. 금속 진동판(110)측은 통상 접지된다. 이렇게 하여, 압전 구동판(100)에 전기 변위를 부여하면, 압전 구동판(100)은 도 7(b)에 화살표 FA로 나타낸 바와 같이 원주 방향으로 신축한다. 그런데, 금속 진동판(110)이 있기 때문에 전체가 만곡하게 되고, 결과적으로 화살표 FB로 나타낸 바와 같이 상하 방향으로 진동하여 소리가 발생한다.

그런데, 압전 발음체의 음압(音壓) 특성은, 예컨대 도 8에서 그래프 GA로 나타낸 바와 같이 된다. 이 도면에서, f₀은 공진 주파수이다. 또한, f_L은 음압이 낮은 주파수이다. 이 음압 특성은 인간의 가청 범위, 예컨대 300 Hz∼3 kHz의 범위에서는 평탄한 것이 바람직하다. 한편, 공진 주파수 부근에서는 음압이 극단적으로 커지기 때문에, 재생음이 인간에게는 자연스럽지 못하다. 공진 주파수는 금속 진동판의 직경을 크게 하면 작아진다. 그러나, 이 방법에 따르면 압전 발음체의 형상이 커진다. 또한, 압전 발음체의 두께를 작게 하는 것으로도 공진 주파수를내릴 수 있다. 그러나, 이 방법은 구조 강도상 당연히 한계가 있다.

따라서, 전술한 문제점을 회피하는 방법으로서, 일본 특허 공개 공보 평6-78397호에 개시된 압전 발음체가 있다. 이것에 의하면, 압전 진동판에 금속이나 세라믹 등에 의한 공진 억제 부재가 마련된다. 이에 따라, 압전 진동판의 공진 작용에 의한 음압 레벨의 변동이 억제되게 된다. 이것에 의하면, 도 8에서 그래프 GB로 나타낸 바와 같이, 공진 주파수가 저역측으로 이동함과 동시에 음압도 억제되게 된다. 그런데, 이 배경 기술에서는 음압 레벨이 극단적으로 저하하는 주파수 f_L가 나타난다고 하는 문제가 있다. 이것은, 압전 발음체에 고차의 진동이 발생하고 있기 때문이라고 생각된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음량의 저하를 초래하지 않고 양호한 음질을 얻을 수 있는 압전 발음체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 첫째로, 케이스에 지지된 진동판과, 전극이 형성된 압전재로 이루어지는 구동판을 접합한 압전 발음체에 있어서, 상기 구동판 또는 진동판은 진폭을 증대시키고, 또한 공진 주파수를 낮게 하는 진동 조정부를 구비하는 압전 발음체를 제공한다.

진폭 및 공진 주파수를 조정하는 진동 조정부를 설치함으로써, 음량의 저하를 초래하지 않고 양호한 음질을 얻는 것이 가능하게 된다.

구체적으로는, 이러한 진동 조정부로서 다음과 같은 수단이 채용될 수 있다.

(1) 구동판의 압전체의 내부에 형성되는 전계가 단층으로 전극을 대항시킨 경우의 전계보다도 높은 전계를 야기하도록 구성하고, 또한, 이 구동판의 질량을 진동판과 두께가 같고 직경비가 0.7인 경우를 기준으로 한 경우의 질량보다도 크게 한다.

(2) 구동판의 압전체의 내부에 형성되는 전계가 단층으로 전극을 대항시킨 경우의 전계보다도 높은 전계를 야기하도록 구성하고, 또한, 구동판의 두께를 진동판의 두께보다도 두껍게 한다.

(3) 구동판에 동기하여 구동하는 압전성인 제2 구동 부재를 구동판 또는 진동판에 마련한다.

(4) 구동판의 외형 치수를 진동판의 외형 치수와 비슷하게 한다.

이와 같이 진동에 질량 관성을 부여하는 것에 의하여, 고유 진동 주파수를 내림과 동시에, 그 공진 주파수에 있어서도 높은 음압을 얻을 수 있다.

또한, 전계, 구동성 또는 외형 치수에 착안하여 진동성을 향상시키도록 연구함으로써, 고주파측에 나타나는 고차의 공진을 저감시킬 수 있고, 진동 주파수의 가청 대역에 있어서의 광대역화가 가능해지기 때문에, 음압도 평탄한 것을 얻을 수 있다.

이를 실현하기 위해서는 다음과 같은 수단을 채용하는 것이 유효하다.

(1) 구동판 또는 진동판 중 어느 한쪽의 중앙 영역에 추를 부착하는 것.

(2) 구동판으로는 내부 전극을 매설한 적층체를 이용하는 것.

구동판 또는 진동판 중 어느 한쪽에 추를 부착하는 것으로 간단하게 진동에 질량 관성을 부여함으로써 고유 진동 주파수를 내릴 수 있다. 또한, 압전체를 적층하는 것에 의하여 구동 전압을 증대시키지 않고 효율적으로 큰 변위량으로 구동판을 구동할 수 있음과 동시에, 두께를 증대시키는 것에 의하여 공진 주파수가 이동한다. 이에 따라, 상기 (1)∼(4)의 수단이 용이하게 실현되고, 음압의 저하를 초래하지 않고 음질이 향상된 압전 발음체를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 전극이 형성된 압전재로 이루어지는 구동판과 진동판으로 구성되고, 추가로 진폭 및 공진 주파수를 조정하는 진동 조정부를 구비하는 압전 발음 소자를 마련하며, 케이스와 이 압전 발음 소자를 접착하여, 이 접착제에 의해 진동판을 지지하는 것을 특징으로 하는 압전 발음체의 제조 방법을 제공한다.

진동 조정부를 구비하는 압전 발음 소자를 미리 준비하여 부착하는 것으로, 제조 비용을 증대시키지 않고, 음량의 저하가 적은 양호한 음질의 압전 발음체를 얻는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특징, 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태의 외관 및 주요 단면을 도시한 도면이다.

도 2는 상기 형태의 변형예의 주요 단면을 도시한 도면이다.

도 3은 상기 형태의 변형예의 주요 단면을 도시한 도면이다.

도 4는 상기 형태의 주요 제조 공정을 도시한 도면이다.

도 5는 다른 형태의 주요부를 도시한 도면이다.

도 6은 실시예의 음압 특성을 도시한 도면이다.

도 7은 종래의 압전 발음 소자의 기본적인 구성을 도시한 도면이다.

도 8은 종래의 압전 발음 소자의 기본적인 음압 특성을 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압전 발음 소자 12A : 접착제

12 : 진동판 14A∼14C : 적층 시트

14D∼14F : 관통 구멍 14, 14P, 14Q : 구동판

16 : 추 20 : 케이스

22 : 단차 24 : 실리콘계 접착제

24 : 지지체 26 : 개구

30 : 내부 전극 32, 32Q, 32R, 34, 34Q, 34R : 전극

36 : 관통 구멍 38, 40 : 인출 단자

50 : 압전 발음체 52 : 전자 기기 케이스

60, 62 : 금속 단자 61, 63 : 단자

64 : 절연 코트 66 : 리드선

70 : 평판 71 : 개구

80 : 구동판 84 : 케이스

86 : 홈 f₀: 공진 주파수

이하에서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다. 도 1에는 하나의 실시 형태의 외관 및 주요 단면이 표시되어 있다. 이 도면에 있어서, 압전 발음 소자(10)는 전체가 원판 형상으로 형성되어 있고, 진동판(12)상에 구동판(14)을 접합한 구성으로 되어 있다. 한편, 압전 발음 소자(10)의 지지 프레임인 케이스(20)는 직경 방향 단면이 대략 L자 형상이고 전체가 환형으로 형성되어 있다. 그리고, 이 케이스(20)의 단차(22)에 전체 주위에 걸쳐 마련된 접착제(24) 등에 의한 지지체를 거쳐서 상기 압전 발음 소자(10)가 지지되어 있다.

상기 진동판(12)의 이면(도면의 아래쪽의 면) 중앙에는, 금속제의 추(16)가 부착되어 있다. 구동판(14)은, 압전체(압전 시트)의 적층 구조로 내부에 내부 전극(30)이 평행하게 매설되어 있고, 표면에는 전극(32, 34)이 형성되어 있다. 내부 전극(30)은, 관통 구멍(36)에 의해서 교대로 전극(32, 34)에 접속되어 있다. 그리고, 전극(32)은 인출 단자(38)에, 전극(34)은 인출 단자(40)에 각각 접속되어 있다. 인출 전극(38, 40)으로는 금속 단자나 리드선등 공지의 것이 이용된다. 또한, 진동판(12)이나 케이스(20)가 금속인 경우에는 그로부터 한쪽의 단자를 인출하는 것도 좋다.

다음에, 각 구성요소에 대하여 더 상세히 설명한다. 압전 발음 소자(10)의 진동판(12)으로는 공지의 것을 이용할 수 있다. 예컨대, 10㎛∼100㎛ 정도의 두께인 스테인레스 등의 금속판을 사용하면 좋다.

압전 발음 소자(10)의 구동판(14)은, 예컨대, PZT계 등의 공지의 압전 세라믹 재료를 이용한 압전 세라믹 적층체에 의해서 구성된다. 전술한 바와 같이, 표면의 전극(32, 34)과 내부 전극(30)을 관통 구멍(36)에 의해서 교대로 접속하는 것으로 인접하는 전극 사이에서 교대의 극성이 형성된다. 또한, 관통 구멍(36)은, 관통 구멍과 랜드(land)를 마련함과 동시에 관통 구멍 내부를 도전 페이스트로 충전하는 것에 의하여 형성된다. 진동판(12)의 변위량은 구동판(14)에 있어서 압전재 시트의 적층 매수의 증감에 의해서 조정할 수 있고, 적층 매수를 늘리는 것으로용이하게 변위량를 증가시킬 수 있다. 적층 구조로는 도시된 것 이외에 여러가지 구조가 적용될 수 있다.

케이스(20)로는 금속이 바람직하다. 금속을 이용하는 것에 의하여 하측에 개구(26)를 마련하더라도 강도가 높고 정밀도가 좋은 케이스(20)를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 마그네슘 합금 등의 산화되기 어렵고 열팽창율이 작은 금속이나, 알루미늄과 같은 경량인 금속이 바람직하다. 개구(26)의 형상, 크기, 수(도시된 예에는 1개)에 의해서 음압을 조정할 수 있다. 케이스(20)의 형상은 환형이 바람직하고, 평판의 절삭 가공 혹은 블랭킹 가공에 의해서 얻을 수 있다. 또한, 케이스(20)의 단차(22)의 부분의 내경은 진동판(12)의 외경보다 크고, 개구(26)의 크기는 진동판(12)의 외경보다 작으며, 케이스(20) 내에 압전 발음 소자(10)가 수납되는 형상 치수로 한다.

이 케이스(20)에 압전 발음 소자(10)를 지지하는 방법으로는 케이스(20)에 압입 등에 의해서 기계적으로 고정하여도 좋지만, 생산성을 배려하면 접착제로 지지하는 방법이 바람직하다. 여기서, 진동판(12)이 금속인 경우에는 금속과의 접착성이 양호하고 진동을 저해하지 않는 재질, 예컨대 실리콘계 접착제 등의 부드러운 재질의 것이 바람직하다.

압전 발음 소자(10)에 장착하는 추(16)로는 금속편이 이용된다. 또한, 추(16)를 고정하는 위치로서는, 도시한 바와 같이 진동판(12)의 대략 중앙만이 아니라, 구동판(14)측(전극(32)측 또는 전극(34)측)에 고정하더라도 좋다. 또는, 추(16)를 상기 구동판(14)의 압전체와 같은 재질로 형성하고, 이를 구동판(14)에적층하여 접착하는 것도 좋다. 이와 같이 하면, 압전체의 적층 부분이 추(16)로서 작용할 뿐만 아니라, 제2 구동체로서도 작용하게 된다. 또한, 추(16)를 복수개로 분할하여 여러 부분에 마련하는 것도 좋다.

이상과 같이 구성된 압전 발음체(50)는, 예컨대, 도면 중에 점선으로 도시한 전자 기기 케이스(52)에 대하여, 압전 발음 소자(10)의 구동판(14)측이 기기측이 되도록 장착된다. 이와 같이, 전자 기기 케이스(52)에 직접 압전 발음체(50)를 장착하도록 하면, 전자 기기의 고밀도화, 특히 슬림화를 실현할 수 있다. 또한, 전자 기기케이스(52)에 대하여 직접 장착하는 대신에, 개구를 갖는 차폐판을 구동판측에 단순한 케이스로서 덮도록 하더라도 좋다.

다음에, 외부 접속용 단자(38, 40)는 다양한 변형이 가능하다. 우선, 리드선을 구동판(14)의 전극(32, 34)에 직접 전기적으로 접속하도록 하여도 좋다. 도 2(a)에 도시한 예는 압전 발음 소자(10)의 주위의 적절한 위치에 금속 단자(60, 62)를 각각 장착한 것이다. 한쪽의 금속 단자(60)는 구동판(14)의 상면의 전극(32)에 전기적으로 접속하고 있으며 단자(61)로서 외부에 접속하고 있다. 다른쪽의 금속 단자(62)는 도전성 금속에 의한 진동판(12)에 전기적으로 접속하고 있으며 단자(63)로서 외부에 접속하고 있다. 진동판(12)은 구동판(14)의 이면측의 전극(34)과 도전성 접착제에 의해 전기적으로 접속하고 있다. 금속 단자(60, 62)는 금속편을 크랭크(crank) 형상으로 구부린 것으로서, 케이스(20)의 외주 부위에 노출되어 있다. 또한, 케이스(20)가 금속인 경우는, 상기 금속 단자(60, 62)가 케이스(20)와 전기적으로 접촉하지 않도록 이들 사이에 절연 코트(64, 66)를 마련하도록 한다.

도 2(b)는, 구동판(14)의 이면측 전극(34)에 전기적으로 접속하고 있는 진동판(12)을 케이스(20)에 리드선(66)으로 접속한 것이다. 단자(63)는 케이스(20)의 적절한 부위로부터 인출된다. 한쪽의 금속 단자(60)측은 상기 도 2(a)의 예와 마찬가지다.

이상의 도 2에 도시한 바와 같이, 케이스로부터 금속편에 의한 단자를 사용하여 인출하는 것으로, 표면 실장(表面實裝) 가능한 압전 발음체를 얻을 수 있다. 물론, 케이스의 외주측의 측면까지 인출하여 접속하더라도 좋다.

도 3(a)에 도시한 예는, 음압 조정용의 개구(71, 73)를 각각 구비하는 평판(70, 72)을 압전 발음체(50)의 케이스(20)의 뒷쪽 또는 표면에 마련한 것이다. 이와 같이, 음압 조정용의 평판(70 또는 72)을 설치함으로써, 압전 발음체(50)가 같은 구조이더라도 다른 음압 특성을 얻을 수 있어서 금형 비용 등의 제조 비용을 저감할 수 있다.

다음에, 도 4를 참조하면서, 전술한 압전 발음체(50)의 주요 제조 공정을 설명한다. 우선, 구동판(14)로 이루어진 적층체부터 설명하면, PZT계 조성을 갖는 세라믹 분말에 바인더를 첨가한 슬러리를 만들고, 이로부터 닥터 블레이드 등의 방법으로 그린 시트를 얻는다. 이 그린 시트의 두께는, 5 ㎛에서 100 ㎛의 범위가 바람직하고, 특히 15 ㎛에서 50 ㎛의 범위가 바람직하다.

이렇게 얻어진 그린 시트를 재단함과 동시에, Ag, Ag/Pd 등의 도전 페이스트를 스크린 인쇄 등의 방법으로 인쇄하여, 도 4(a)에 도시한 적층 시트(14A∼14C)를형성한다. 또한, 해당하는 부분에는 관통 구멍(14D∼14F)을 각각 형성한다. 그 후, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 각 적층 시트(14A∼14C)를 적층함과 동시에 압착한다. 그리고, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍 내부에 도전성 페이스트를 충전한다. 그 후, 소정 형상으로 절단함과 동시에 약 1100도로부터 1300도 정도의 온도로 소성하여, 예컨대 외경 15 mm, 두께 60 ㎛의 적층체를 얻는다.

이 적층체는, 양면에 전극 단자를 접속하여 직류 전압을 인가하는 것으로 분극하여 압전 구동판이 된다. 이러한 적층 구조로 하는 것으로, 단층 구조의 경우보다도 높은 전계를 압전재의 내부에 형성할 수 있다. 이러한 적층 구조의 구동판(14)은 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 진동판(12)에 접착한다. 진동판(12)과 구동판(14)의 접착은 진동판(12)의 주면에 스크린 인쇄 등의 방법으로 균일하게 접착제(12A)를 인쇄하고, 여기에 구동판(14)을 붙이는 것으로 실행한다. 이 때, 접착제(12A)로서 도전성 접착제를 이용할 수도 있다. 이에 따라, 압전 발음 소자(10)를 얻는다.

한편, 개구(26)가 마련된 케이스(20) 내의 단차(22)에 환형으로 실리콘계 접착제(24)를 도포한 후, 전술한 압전 발음 소자(10)를 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 접착한다. 접착제(24)가 경화되면 진동판(12)이 지지되는 구조가 된다. 반대로, 진동판(12)측에 환형으로 실리콘계 접착제(24)를 도포한 후에 케이스(20)의 단차(22)에 접착하여도 좋지만, 작업성을 고려하면 케이스(20)측에 접착제(24)를 도포하는 것이 좋다. 이 경우, 접착제(24)의 경도에 의해서 압전 발음 소자(10)의 진동 환경이 변화하기 때문에, 접착제(24)의 경도 등의 도포 조건에 따라서 상기적층체의 질량 및/또는 두께를 조정한다. 예컨대, 접착제(24)가 딱딱한 경우에는, 적층체를 무겁고, 두껍게 하는 식이다.

다음에, 본 실시예의 작용을 설명한다. 본 실시예에서는 구동판(14)의 질량이 진동판(12)과 같은 두께에서 외경의 비(구동판/진동판)가 0.7인 경우를 기준으로 하였을 때의 질량보다도 크거나, 구동판(14)의 두께가 진동판(12)의 두께보다도 두껍게 한 구조로 되어있다. 즉, 구동판(14) 및 추(16)의 전체의 질량, 두께가 진동판(12)보다도 커지도록 배려하여 형상 등이 결정된다. 종래, 압전 발음체에 있어서는 구동판의 진동판에 대한 비율로서 0.7이 바람직하다고 말하고 있다(예컨대, TIC(주) 일렉트로닉 세라믹스 1984년 가을호 압전 응용 특집, 「압전 스피커」 야마조에 도시히로저). 그러나, 진동할 때의 공기 저항이나 지지 구조에 의한 진동 저해 요인을 고려하면, 부피·질량을 종래보다도 크게 하는 편이 음압을 높일 수 있다. 이와 같이 하는 것으로, 압전 발음체(50)로서의 공진 주파수를 낮게 하더라도 그 음압은 높고, 또한, 넓은 주파수 대역에서 평탄하게 되는 음압 진동을 얻을 수 있다.

양호한 음압 특성을 얻을 수 있는 진동판(12)과, 구동판(14) 및 추(16)의 합계 질량의 비율은 기계적 강성과 공진 주파수 저감 효과의 균형을 고려하면,

1 <

(진동판(12)과 같은 두께로 외경의 비(구동판의 외경/진동판의 외경)가 0.7인 경우를 기준으로 하였을 때의 구동판(14) 및 추(16)의 질량 및/또는 두께)/(진동판(12)의 질량 및/또는 두께)

< 5

의 범위가 바람직한 것이 실험적으로 확인되어 있다.

진동판(12)과 구동판(14)이 같은 질량 및/또는 두께이더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 구동판(14) 및 추(16)의 질량 및/또는 두께를 증가시키면 에너지는 충분히 전달될 수 있지만, 그 대신 강성이 너무 커져 음압의 공진 주파수 f₀가 높아지게 된다. 즉, 상기 비율이 1보다 작다면 공진 주파수의 저주파수화의 효과가 없어지고, 반대로 5보다 크게 하면 강성이 커져 기계적 진동이 억제되어 버리는데, 양자 모두 바람직하지 못하다. 전술한 범위로 설정하면, 공진 주파수의 저주파수화의 효과를 얻을 수 있다는 것이 판명되어 있다.

또한, 추(16)는 압전 발음 소자(10)의 중앙에 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것으로, 발음 소자(10)의 고유 진동을 저주파화할 수 있고, 결과적으로 음압의 주파수 특성의 고대역화가 가능하게 되기 때문이다. 또한, 형상은 원판 형상에 한하지 않고, 링 형상으로서 중심축이 구동판(14)과 일치하도록 하더라도 좋다.

또한, 진동판(12)과 구동판(14)의 외경 치수의 비율이,

0.8 ≤(구동판(14)의 외경/진동판(12)의 외경)

인 것이 바람직한 것이 실험적으로 확인되어 있다. 이와 같이 외경비를 규정하면, 고주파측에 나타나는 고차의 공진을 억제할 수 있기 때문에, 음압의 주파수 특성이 평탄하게 되고, 음압 레벨이 평탄화된다고 생각된다. 또한, 추(16)의부가 효과에 의해 공진 주파수가 이동하는 것으로 생각된다. 이 조건으로부터 하면, 진동판을 추로 하고 진동판보다 큰 외경을 갖는 구동판을 준비하여 그 구동판을 지지하는 구조로 하여도 좋다.

전술한 형태에서는, 추(16)가 진동 조정부로서 작용하였지만, 추(16) 대신에 구동판(14)이 진동 조정부로서 작용하도록 하더라도 좋다. 도 5(a)에 도시한 예는 구동판(14P)의 질량 및/또는 두께를 상기 진동판(12)의 질량 및/또는 두께보다도 크게 형성한 구조로 되어 있다. 즉, 진동판(12)에 부착되는 구동판(14P)은 구동판(14P)의 전체의 질량 및/또는 두께가 진동판(12)보다 커지도록 배려하여 형상 등이 결정된다. 진동판(12)과 구동판(14P)의 질량 및/또는 두께의 비율은 기계적 강성과 공진 주파수 저감 효과의 균형을 고려하면, 전술한 경우와 같이

1 < (구동판(14P)의 질량 또는 두께/진동판(12)의 질량 또는 두께) < 5

의 범위가 바람직하다.

마찬가지의 효과는, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 제2 구동판(14Q)을 마련하는 것으로도 얻을 수 있다. 제1 구동판(14)과 제2 구동판(14Q)은 분리된 부분으로 구성함과 동시에 제2 구동판(14Q)을 압전 구동할 수 있도록 전극(32Q)을 마련하고, 양자를 접속 고정하여 일체화한다. 제1 구동판(14)과 제2 구동판(14Q)을 미리 적층하여 양자를 일체화하면 도 5(a)와 마찬가지로 된다. 이 예는 제2 구동판(14Q)이 상기 추(16)와 같이 작용할 뿐만 아니라 구동 수단으로도 작용하기 때문에, 공진 주파수를 낮게 하더라도 그 음압은 높고, 또한, 넓은 주파수 대역에서 양호한 음압의 진동을 얻을 수 있다. 도 5(c)는 제2 구동판(14Q)을 제1구동판(14)과 진동판(12)의 사이에 형성한 것으로서, 전극(34Q)이 제2 구동판(14Q)에 설치된다.

또한, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 진동판(12)의 표리에 구동판(80, 82)을 마련하더라도 좋다. 이 경우, 2개의 구동판(80, 82)의 신축 위상이 중첩하여 일치하지 않도록 진동 모드나 분극 방향 등을 조정한다. 이 예에서, 진동판(12)의 주모서리부는 케이스(84)의 홈(86)에 대하여 압입된 것 같은 상태로 기계적으로 지지된다.

또한, 이와 같이 적층체의 일부를 진동 조정부로서 사용하는 경우에는, 재료 특성을 배려하여 조정을 수행하는 것 외에도, 상기 그린 시트의 두께, 전극 층수, 시트층수 등을 조절하는 것으로 진동 특성의 조정을 수행한다.

이상과 같은 제2 구동판(14P, 14Q)은 구동을 수행하는 압전 재료와 동일 재료에 의한 것이 바람직하고, 적층 공정시에 제1 구동판(14)에 적층 형성하는 것이 바람직하다. 금속편에 의한 추(16)는 구동판(14)과 진동판(12)의 접착 공정시에 마련하는 것이 바람직하다. 물론, 추(16)를 구동판(14)과 동일한 재료로 형성하더라도 좋다. 또한, 제2 구동판과 추의 양쪽을 마련하더라도 좋다.

또한, 구동판(14)의 중심축과 진동판(12)의 중심축은 일치시켜 놓는 것이 진동의 효율을 최대한에 발휘하기 위해서도 바람직하다. 이렇게 하는 것으로, 진동이 발생하는 때에 중심부가 가장 질량의 영향을 받게 되어, 질량 관성을 크게 부여할 수 있다. 이 때문에, 전술한 음압 특성의 효과를 더욱 효과적으로 얻을 수 있다.

도 5(d)는 전극(32R)가 구동판(14)의 표면측 전극과 추를 겸용한 예이고, 도 5(c)는 전극(34R)가 구동판(14)의 이면측 전극과 추를 겸용한 예이다. 또한, 구동판(14)의 내부 전극(18)과 추(16)를 겸용하도록 하더라도 좋다. 어느 경우에 있어서도, 상기 예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 다음에, 상기 형태에 관한 실시예에 대하여 설명한다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 압전체와 진동판의 외경의 비를 0.8 이상으로 하였다. 압전체는, 상기 형태와 같이 적층하더라도 좋고, 적층하지않더라도 좋지만, 적층체인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 압전체을 외경 18 mm, 두께 62㎛, 무게 130 ㎎의 3층 구조의 적층체로 하고, 진동판은 외경 19 mm, 두께 20 ㎛, 무게 30 ㎎의 스테인레스 재질로 하였다. 추의 무게는 200 ㎎으로 하였다. 또, 종래 기술에 의하면 구동판과 진동판의 외경비(구동판/진동판)를 0.7로 하고, 두께를 같게 하였을 때의 구동판의 무게는 90∼100 ㎎ 정도이다.

이상과 같은 시료에 대하여 음압 특성을 측정한 바, 도 6에 그래프 GC에서 도시하는 바와 같이 되고, 종래의 그래프 GA(도 8참조)와 비교하여 공진 주파수 f₀가 300 Hz 부근으로 이동함과 동시에, 300∼3000 Hz의 가청 대역에 있어서의 음압 레벨도 평탄화되어 양호해졌다. 또한, 압전체의 외경을 14 mm로 작게 하였을 때는, 그래프 GD와 같이 되고, 음압 레벨이 극단적으로 저하되는 주파수가 나타났다.

본 발명에는 많은 실시 형태가 있고, 이상의 개시에 기초하여 다양하게 변형시키는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 형태에 나타낸 재료나 형상ㆍ치수는 일례이고, 필요에 따라 적절히 변경할 수 있다. 시트의 적층수, 내부 전극의 패턴 등도 마찬가지이다. 구동판의 전극이나 내부 전극의 패턴을 매트릭스 형상 혹은 부분적으로 개구를 마련한 패턴으로서 비전극 형성부를 형성하고, 그 단판 또는 적층체의 비전극 형성부를 추로서 기능하도록 하고 진동 조정부로서도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 진동판과 구동판을 접합한 압전 발음 소자에 진동 조정부를 마련하는 것으로 하였기 때문에, 진동에 적절한 질량 관성이 부여되고, 음량의 저하를 초래하는 일없이 공진 주파수가 내려가게 되어 양호한 음질을 얻는 것이 가능하게 된다.

(2) 진동판과 구동판의 외형 치수를 규제하는 것으로 하였기 때문에, 고차의 공진을 저감할 수 있어, 가청 대역에 있어서의 음압 레벨의 평탄화가 가능해진다.

(3) 진동 조정부를 마련한 압전 발음 소자를 미리 준비하여 케이스에 부착하는 것으로 하였기 때문에, 제조 비용을 증대시키는 일없이 음량의 저하가 적은 양호한 음질의 압전 발음체를 얻는 것이 가능하게 된다.

Claims

구동판과 진동판의 결합으로 이루어진 압전 발음체에 있어서,

진폭을 증대시키고 공진 주파수를 낮추기 위하여, 상기 구동판 또는 진동판 상에 진동 조정부를 구비하고, 상기 구동판은 내부전극이 내부에 배치된 압전 적층체인 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
전극과 압전 적층체를 포함하는 구동판 및 이 구동판과 결합되는 진동판으로 이루어지는 압전 발음 소자와, 이 압전 발음 소자를 지지하기 위한 케이스를 구비하는 압전 발음체를 제조하는 방법에 있어서,

진폭과 공진 주파수를 조정하기 위한 진동 조정부를 갖는 압전 발음 소자를 준비하는 단계와, 상기 진동판을 지지하기 위하여 상기 케이스에 상기 압전 발음 소자를 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 발음체의 제조 방법.
구동판과 진동판의 결합으로 이루어진 압전 발음체에 있어서,

진폭을 증대시키고 공진 주파수를 낮추기 위하여, 진동 조정부를 구비하되, 상기 진동 조정부는 구동판을 포함하고, 상기 구동판은 내부전극이 내부에 배치된 압전 적층체인 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
청구항 1 또는 10에 있어서, 상기 진동 조정부는 구동판을 형성하는 적층된 압전체의 내부에 형성되는 전계가 단층으로 전극을 대항시킨 경우의 전계보다도 높은 전계를 야기하도록 구성되고, 진동판에 대한 구동판의 질량비는 두께가 동일하고 외경비가 0.7인 경우의 질량비보다도 큰 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
청구항 1 또는 10에 있어서, 상기 진동 조정부는 구동판의 압전체의 내부에 형성되는 전계가 단층으로 전극을 대항시킨 경우의 전계보다도 높은 전계를 야기하도록 구성되고, 또한 이 구동판의 두께는 진동판의 두께보다도 두꺼운 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
청구항 1 또는 10에 있어서, 상기 진동 조정부는 상기 구동판 또는 진동판에 마련되어 있고, 상기 구동판에 동기하여 구동하는 압전성의 제2 구동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
청구항 13에 있어서, 구동판의 질량에 대한 구동판 및 제2 구동 부재의 총질량의 질량비는 1보다 크고 5보다 작은 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
청구항 1 또는 10에 있어서, 상기 진동 조정부의 외형 치수는 상기 진동판의 외형 치수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압전 발음체.
청구항 1 또는 10에 있어서, 구동판 또는 진동판 중 어느 하나의 중앙 영역에 추를 부착한 것을 특징으로 하는 압전 발음체.