KR100540289B1 - 음향 진동 복합 모드의 다이나믹 마이크로 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 구동회로 없이도 직류 전원을 통해 상하진동이 이루어지고, 항상 공진점에서 진동함에 따라 진행성 진동 감소 현상이 발생되지 않으며, 광대역 재생이 가능한 다이나믹 마이크로 스피커에 관한 것으로, 진동 발생부와 음향 발생부를 포함하는 진동과 음향의 복합 모드 마이크로 스피커에 있어서, 상기 음향 발생부가, 하부 커버의 중앙에 형성된 홀에 고정 결합된 제1 요크와, 제1 영구자석과, 제1 플레이트를 구비한 제1 자기회로부; 1차 서스펜션과 일체화된 진동판; 제1 코일; 및 복원력이 우수한 재질로 제작되고, 상기 제1 플레이트와 상기 진동판 사이에 마련된 2차 서스펜션을 포함하되, 상기 제1 코일이 상기 2차 서스펜션의 하부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되고, 상기 진동판이 상기 2차 서스펜션의 상부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되며, 상기 2차 서스펜션의 가장자리로부터 연장된 부분이 인쇄회로기판의 전극단자에 연결되며, 상기 진동 발생부가, 상기 제1 요크의 외측에 마련된 제2 요크와, 제2 영구자석과, 제2 플레이트를 구비한 제2 자기회로부; 상기 제2 요크를 상하 방향으로 유동 가능하게 지지하는 링 형상의 판 스프링; 상기 제2 요크와 상기 제2 플레이트 사이에 위치하며, 고정 결합되는 제2 코일; 및 상기 제2 코일에 공급되는 직류 전원을 스위칭하기 위한 스위칭수단을 포함한다.

마이크로, 진동, 음향, 스피커, 복합, 판스프링, 스프링, 스위칭, 다이나믹

Description

음향 진동 복합 모드의 다이나믹 마이크로 스피커{Dynamic micro speaker of composite mode of vibration and sound}

도 1은 종래의 진동, 음향 복합 모드 마이크로 스피커의 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이나믹 마이크로 스피커의 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다이나믹 마이크로 스피커의 단면도.

도 4a는 본 발명에 따른 음향 발생부의 단면도.

도 4b 내지 도4d는 본 발명에 따른 2차 서스펜션의 구조를 설명하기 위한 분해 평면도 및 결합 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 판 스프링의 평면도.

도 6a는 본 발명에 따른 PCB 전극단자 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6b는 본 발명에 따른 PCB 전극단자와 고정코일의 결합 상태를 설명하기 위한 평면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 상측 커버 22 : 프레임

23 : 하측 커버 24 : 진동판

25 : 2차 서스펜션 26 : 1차 서스펜션

27 : 보이스 코일 28, 36 : 플레이트

29, 35 : 영구자석 30, 34 : 요크

31 : 음향 방출구 32 : 통기공

33 : PCB 전극단자 37 : 판 스프링

41 : 프레임 가이드 42 : 자기회로 가이드

43 : 절연패드 38 : 스프링 전극단자

39 : 절연체 40 : 고정코일

본 발명은 음향 진동 복합 모드의 다이나믹 마이크로 스피커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음향에 있어서는 광대역 재생이 가능하고, 진동에 있어서는 직류 방식에 의해 상.하 방향으로의 진동이 가능한 음향 진동 복합 모드의 다이나믹 마이크로 스피커에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 출원인에 의해 선 출원된 대한민국 특허출원 제2002-51911호와 대한민국 특허출원 제2002-81155호의 결합에 관한 것이다.

그간 초소형 휴대용 전자기기(특히 휴대 전화기)에서의 착신 전달용 진동기 로서는 원통형 또는 동전형 형태의 모터식 회전 진동기가 그 주류를 이루고 있었고, 음향 출력을 위한 스피커와 진동기는 별도로 구성되어 휴대 전화기에 장착되었다. 하지만, 다기능 부품이 요구되는 추세에 따라 새로운 시장의 개척을 위해 근래 2~3년에 걸쳐 한국과 일본의 다수의 마이크로 스피커 업체들은 스피커의 원리 및 그 이론적 구조를 활용하여, 가청영역 주파수 범위의 교류 전기 신호원으로 진동과 음향의 재생 기능이 통합된 형태의 진동, 음향 복합 모드 마이크로 스피커를 제안한 바 있다,

도 1은 이와 같은 종래의 교류 구동방식 다이나믹 진동, 음향 복합 모드 마이크로 스피커의 구조를 나타낸 단면도이다.

종래의 교류구동 다이나믹 진동, 음향 복합 모드 마이크로 스피커는 원통형의 프레임(2)과 그 내부에 장착되는 자기 회로부 및 음향 발생부를 포함한다. 여기서, 자기 회로부의 요크(9)가 판스프링(10)에 고정되고, 상기 판스프링(10)이 프레임(2)에 고정 설치됨으로써, 진동이 발생된다. 이를 보다 구체적으로 살펴본다.

프레임(2)의 상측에는 상측 커버(1)가 결합되고, 하측에는 하측 커버(3)가 결합되며, 상측 커버(1)에는 음향 방출구(12)가 마련되고, 하측 커버(3)에는 후면 통기공이 마련된다. 음향 발생부는 진동판(5)과 보이스 코일(6)로 이루어지며, 보이스 코일(6)은 보이스 코일 인입선(11)이 PCB 전극단자(4)와 연결됨으로써 전원을 인가받는다. 자기 회로부는 원형의 플레이트(7)와 영구자석(8) 및 원형의 요크(9)로 이루어지며, 상기 자기 회로부가 진동의 질량체로서 작용하여 진동이 발생된다.

대한민국 공개특허공보 2000-12495호에는 외자형 복합 모드 마이크로 스피커 가 개시되어 있는데, 그 구조는 앞서 설명한 바와 유사하다.

이와 같은 교류 구동방식 다이나믹 음향/진동 복합 모드 마이크로 스피커의 진동력 발생은 자기회로의 에어갭(요크의 내측과 플레이트 외측간의 공간)내부에 직각으로 삽입되어 있는 보이스코일의 인입선(11)으로 정.부의 전기적 신호가 유기될 때, 그에 대응되어 정 또는 반대 방향으로 형성된 교류성 회전 자기장과 영구자석으로부터 발생되는 일정한 방향성을 갖는 직류성 자기장이 서로 반응하여 흡인 또는 반발함으로써 얻어진다.

이때 발생되는 힘의 방향은 자기회로 에어갭의 내측으로부터 외측으로 향하는 직류성 자속과 코일에서 발생되는 교류성 회전 자속의 방향에 의해 결정되며, 에어갭의 단면을 기준으로 하여 상 또는 하 방향으로 작용하게 된다. 이때 상.하를 차례로 반복하기 위해서 반드시 Full duty wave의 교류 전기 에너지를 코일에 인가하여야 하며, 발생되는 힘의 크기는 에어갭에 존재하는 자속밀도와 코일의 길이 그리고 코일에 흐르는 전류의 크기에 비례하고, 코일에서 발생되는 자기장과 에어갭에 존재하는 자기장의 반응 각도가 직각일 때, 가장 큰 힘으로 상호 작용하며, 이때 적용되는 단위는 뉴턴이다.

상기의 내용은 프레밍의 왼손 법칙을 인용한 것으로서, 두개의 자기장의 상호 반응에 대한 너무도 잘 알려진 내용이므로 더 이상의 설명은 하지 않기로 한다.

통상의 진동체는 진동하는 전체 부분의 무게와 지지체의 탄성에 기초한 딱딱한 정도의 상관관계에 의해서 공진 주파수가 결정되게 되며, 공진 부분에서 그 진동폭이 가장 크게 되는데, 이는 곧 진동체의 질량이 커질수록 또 제동 지지체인 판 스프링의 딱딱한 정도(Stiffness)가 적을수록 공진 주파수는 낮아진다는 것을 의미하게 되는데, 상기에서 주목할 것은 자기회로 구조물은 진동판 구조물에 비해 대단히 큰 질량을 갖는다는 것이다. 결과적으로 상대적으로 질량이 큰 자기회로 구조물을 진동원으로 이용할 경우 인체가 잘 느낄 수 있는 낮은 영역의 진동 주파수를 발생할 수 있게 된다.

진동/음향 복합 모드 마이크로 스피커는 상기한 원리에 그 이론적 배경을 두고 있으며, 자기회로 구조물의 최대 공진점 주파수에서는 진동 모드로, 가벼운 진동판 구조물의 공진점 주파수부터 최대가청 영역까지의 주파수까지는 음향을 재현하는 스피커 모드로 사용한다.

상기 교류방식 다이나믹 진동/음향 복합모드 마이크로 스피커의 경우 두 가지 기능적 요소를 제공하는 별도의 부품을 한 개로 통합하였다는 특징만을 본다면 휴대 전화기 세트에 실장되는 부품의 수가 감소함에 따른 원가절감의 효과를 얻을수 있으며, 또한 교류방식이기 때문에 구동하는 신호원의 주파수에 따른 다양한 진동 형태의 기능을 추가하는 부가가치를 확보하게 될 수 있는 장점이 있다. 그러나 현존하는 휴대 전화기의 경우 체감 및 음향 부분의 출력제어 신호는 크게 세 가지의 형태로 각기 서로를 공유하지 않는 독립된 별도의 출력으로 구성되어 있는데, 그것은 32옴 또는 16옴의 종단접속 부하를 요하는 음성청취용의 리시버 출력부와 8옴의 종단접속부하를 요하며 착신 정보를 벨소리 또는 음악적 요소로 청취하기 위한 마이크로 스피커 출력부, 그리고 착신정보를 체감으로 전달하기 위한 진동 출력부로 구분된다. 상기한 휴대 전화기의 출력부중 음성 또는 음악적 요소의 청취부 두 곳에는 가청 영역대의 주파수를 갖는 교류 전원이 제공되지만, 진동 발생을 위한 출력부에는 배터리의 전원을 트랜지스터로 직접 스위칭한 직류 전원이 제공된다.

따라서 종전 스피커의 원리를 기초로 개발된 진동 음향 복합 모드 다이나믹 마이크로 스피커는 현존하는 휴대 전화기의 진동 출력부에 접속하여도 연속 진동 발생은 불가능하다는 치명적 결함을 가지고 있다(이는 앞서 설명한 바와 같이 공급 전원은 직류전원이고 구동 방식은 교류 방식이기 때문). 이러한 치명적 결함의 극복을 위해 진동 통제용 직류 전원을 교류 전원으로 처리 가능한 변환회로를 추가하는 방법도 있으나, 이는 또 다른 원가의 상승 요인을 제공하게 되므로, 현실적으로 불가능한데, 그럼에도 불구하고 설혹 휴대 전화기내 마이크로 프로세서의 변경을 통해 교류형식의 구동 신호원을 제공하는 것이 가능하게 되었다 하더라도 다이나믹형 진동기의 판스프링에 의한 진행성 변화에 따른 진동력 저하 현상에 의한 품질저하 현상이 필연적으로 동반하게 되므로, 이 역시 바람직한 방향이라 볼 수 없다. 즉, 자기 회로부를 지지하고 있는 판스프링의 사용 기간이 길어지게 되면, 판스프링은 초기에 비해 느슨해지는 현상이 일어나고(이를 진행성 변화라 함), 이에 따라 공진점(공진 주파수)이 초기와 달라지게 된다. 이에 따라 초기 상태에 맞춰 공진 주파수가 공급되는 경우 공진점이 상이해 짐에 의해 진동력 저하가 발생되는 것이다.

또한, 음향 발생부를 살펴보면, 종래의 마이크로 스피커는 진동판(5)에 일체화된 단일 서스펜션(14)만으로 진동판의 진동을 제동하며, 전극단자(4)와 보이스 코일(5)간의 연결 역시 코일을 권취하고 남은 인입선(11)을 통상 반원형으로 성형하여 사용하는 구조를 채용하고 있다. 이와 같은 이유로 종전 대형 고성능 스피커에 비하여 종래의 마이크로 스피커의 경우 입력되는 전기에너지가 커질수록 진동계의 제동성이 약해져 진동판의 전 부분에 걸쳐 이상 음을 동반한 편 진동이 크게 발생하게 된다. 또한, 구리가 주성분인 코일 인입선 두 가닥으로 전원을 공급하여야 하기 때문에, 당연히 진동계의 진동이 과대할수록 상당한 진행성 손상이 발생하게 된다. 이는 곧 입력 에너지가 커질수록 그에 따르는 재생 음의 일그러짐 현상이 심해지고 진행성 단선 불량이 많아지게 됨을 의미하게 된다.

더구나, 근래에 출시되는 휴대전화기의 경우 예외 없이 음악적 요소가 포함된 40 폴리 급의 시그널을 벨 소리로 이용하고 있으며, 나날이 광 대역 재생 및 대 음량 재생을 원하는 전자기기들이 늘어나고 있어, 내 입력 1 와트 급의 마이크로 스피커를 원하고 있는 실정이다. 하지만, 현재 동종 업계에서 휴대전화기용의 마이크로 스피커로 주로 사용되고 있는 사이즈인 17mm 급의 마이크로 스피커를 기준 하여볼 때, 높이 4~5mm의 경우 그 허용입력은 고작 0.5~0.6 와트 정도이며, 이 역시 저음 재생에 있어서는 750Hz 이상인 경우의 유닛이 대 다수를 차지하고 있다.

마이크로 스피커 유닛의 저음 재생 한계 주파수가 750Hz 선 또는 그 이상이라는 이야기는 결과적으로 저음 및 중저음에 의한 여운 등의 효과가 없어, 전체 재생 음질에 있어서 부드러움이나 생동감의 요소가 배제된 날카롭고 시끄러운 음향만을 재현하게 된다는 의미가 된다. 여기에서 상기의 재생 음 대역을 저역으로 확장하기 위하여 해당 스피커 유닛의 저음재생한계 주파수를 저역으로 확장할 경우, 이 는 동일한 에너지를 유닛에 공급하더라도 확장된 저음공진 부분에서의 진동 폭이 확장되기 이전보다 더 커진다는 것을 의미한다. 이 때문에, 실질적인 일그러짐의 증가나 단선발생 가능성은 훨씬 더 커지게 된다.

상기 17 밀리미터 급 종래 단일 서스펜션 및 보이스 코일 처리 방식의 마이크로 스피커의 자유 음장 조건에서의 유닛 단품의 저음 재생 한계 주파수를 어느 정도의 여운과 재생 대역 밸런스를 고려하여 400 Hz 급으로 원할 경우 상기 명시했던 대로의 문제, 즉 단선과 이상 음 현상이 심하게 발생된다. 그로 인하여 상기 종래 마이크로 스피커의 경우에는 허용 입력을 0.2~0.3 와트 급으로 대폭 낮출 수밖에 없게 되어, 그 재생되는 소리는 극히 미미한 소 음량이 되어 버리는 것이다. 결국 대 음량의 재현을 위주로 한 대 입력형을 만들기 위해서는 가능한 한 진동 폭이 적은 고음 영역으로 재생 저음한계 주파수 범위를 이동할 수밖에 없고, 고 음질 재현을 위주로 하는 경우에는 허용입력을 낮출 수밖에 없어 재생되는 음질과 허용입력과의 상반되는 상관관계에 의해 종래 기술의 경우 이미 그 취약성과 한계성을 드러내고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 구동회로 없이도 직류 전원을 통해 상하진동이 이루어지고, 항상 공진점에서 진동함에 따라 진행성 진동 감소 현상이 발생되지 않으며, 광대역 재생이 가능한 직교류가 별도 분리된 전원공급 구조가 실현된 진동 음향 복합 모드 다 이나믹 마이크로 스피커를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 진동 발생부와 음향 발생부를 포함하는 진동과 음향의 복합 모드 마이크로 스피커에 있어서, 상기 음향 발생부가, 하부 커버의 중앙에 형성된 홀에 고정 결합된 제1 요크와, 제1 영구자석과, 제1 플레이트를 구비한 제1 자기회로부; 1차 서스펜션과 일체화된 진동판; 제1 코일; 및 복원력이 우수한 재질로 제작되고, 상기 제1 플레이트와 상기 진동판 사이에 마련된 2차 서스펜션을 포함하되, 상기 제1 코일이 상기 2차 서스펜션의 하부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되고, 상기 진동판이 상기 2차 서스펜션의 상부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되며, 상기 2차 서스펜션의 가장자리로부터 연장된 부분이 인쇄회로기판의 전극단자에 연결되며, 상기 진동 발생부가, 상기 제1 요크의 외측에 마련된 제2 요크와, 제2 영구자석과, 제2 플레이트를 구비한 제2 자기회로부; 상기 제2 요크를 상하 방향으로 유동 가능하게 지지하는 링 형상의 판 스프링; 상기 제2 요크와 상기 제2 플레이트 사이에 위치하며, 고정 결합되는 제2 코일; 및 상기 제2 코일에 공급되는 직류 전원을 스위칭하기 위한 스위칭수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예는, 진동과 음향의 복합 모드 마이크로 스피커에 있어서, 중앙에는 내자형을 형성할 수 있도록 제1 공간이 형성되고, 상기 중앙의 가장자리에는 연속적으로 외자형을 형성할 수 있도록 제2 공간이 형성된 요크; 상기 요크의 제1 공간 내에 순차적으로 적층된 제1 영구자석과, 제1 플레이트; 1차 서스펜션과 일체화된 진동판; 제1 코일; 복원력이 우수한 재질로 제작되고, 상기 제1 플레이트와 상기 진동판 사이에 마련된 2차 서스펜션; 상기 요크의 제2 공간 내에 순차적으로 적층된 제2 영구자석과, 제2 플레이트; 상기 요크를 상하 방향으로 유동 가능하게 지지하는 링 형상의 판 스프링; 고정 결합된 제2 코일; 및 상기 제2 코일에 공급되는 직류 전원을 스위칭하기 위한 스위칭수단을 포함하되, 상기 제1 코일이 상기 2차 서스펜션의 하부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되고, 상기 진동판이 상기 2차 서스펜션의 상부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되며, 상기 2차 서스펜션의 가장자리로부터 연장된 부분이 인쇄회로기판의 전극단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 진동 음향 복합 모드 다이나믹 마이크로 스피커의 단면도이다.

본 출원인에 의해 선 출원된 대한민국 특허출원 제2002-51911호와 대한민국 특허출원 제2002-81155호에 광대역 출력을 위한 스피커의 구조 및 작용과 마이크로 진동기의 구조 및 작용이 기 제시되어 있으므로, 이하에서는 스피커와 진동기의 결합 상태를 주안점으로 설명하기로 한다.

도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커는 스피커 부분은 내장형을 채택하고, 진동기 부분은 외자형을 채택한 형태를 갖는다. 이에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.

프레임(22)과 상측 커버(21)는 일체적으로 결합되고, 상기 상측 커버(21)의 중앙에는 음향 방출구(31)가 형성되어 있다. 음향 발생을 위한 스피커 부분의 요크(30)를 삽입 고정시키기 위해, 하측 커버(23)의 중앙에는 직각으로 절곡된 홀이 형성되어 있다. 상기 요크(30)는 상기 하측 커버(23)의 중앙 홀에 강제 끼움 맞춤식으로 고정 설치된다. 상기 요크(30)는 원형의 측벽을 갖는 형상으로, 저부에는 원형으로 다수개의 통기공(32)이 형성되어 있다. 상기 요크 내부에는 영구자석(29)과 플레이트(28)가 순차적으로 적층된다.

본 발명에서는 복원력이 우수한 스프링(판 스프링을 포함함) 재질의 2차 서스펜션(25)을 마련하고, 상기 2차 서스펜션(25)의 저부에 보이스 코일(27)을 부착한 것이다. 상기 2차 서스펜션(25)은 마이크로 스피커의 단면 형상에 대응되게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 2차 서스펜션(25)의 외주부(가장자리)가 프레임 가이드(41) 내부에 삽설되어 고정 안착된다. 그리고, 상기 2차 서스펜션(25)의 가장자리로부터 직각으로 절곡된 연장부가 구비되고, 상기 연장부의 일측에는 다시 수평으로 절곡된 전극단자 접촉부가 마련된다. 이와 같은 상기 2차 서스펜션(25)의 구조에 대해서는 도4a 내지 도4d를 참조하여 후술하기로 한다.

2차 서스펜션(25)은 도전성 재질로서, 보이스 코일(27)의 인입선을 상기 2차 서스펜션에 연결하고, 상기 2차 서스펜션(25)이 전극단자(33)와 연결되어, 상기 2차 서스펜션(25)이 상기 보이스 코일(27)에 전원을 공급하는 전원선 역할을 수행한 다.

플레이트(28)의 상부에는 1차 서스펜션(26)이 일체화되어 안착된 진동판(24)이 마련된다. 본 발명에 따른 2차 서스펜션(25)은 상기 진동판(24)과 플레이트(28) 사이에 마련된다. 상기 보이스 코일(27)은 2차 서스펜션(25)의 저부 또는 측부에 접착된다. 또한 진동판(24)의 진동을 원활하게 하기 위해, 상기 2차 서스펜션(25)에는 공간이 형성되어 있으며, 상기 진동판(24)과 1차 서스펜션(26)이 만나는 지점의 진동판이 상기 2차 서스펜션(25)과 접착된다.

본 발명의 일 실시 예에 있어서 진동을 발생하는 부분은 상기 스피커용 요크의 외주에 마련되는 외자형 형태를 갖는다. 즉, 상기 스피커용 요크(30)의 외주에는 원형의 요크(34)가 판 스프링(37)에 의해 지지되어, 하측 커버(23)와 일정 거리 이격된 상태로 마련된다. 그리고 상기 요크(34) 내측에는 영구자석(35)과 플레이트(36)가 마련된다. 그리고, 코일(40)은 요크(34)와 플레이트(36) 사이로 삽입된 상태로 하측 커버(23)에 고정되는데, 도면에 도시된 바와 같이 코일이 고정되는 하측 커버(23)의 위치가 돌출되어, 상기 돌출된 부분에 코일(40)이 절연된 상태로 고정 결합된다.

판 스프링(37)의 일측 단부는 상기 프레임 가이드(41)에 내삽되어 고정 지지되고, 상기 판스프링(37)의 타측 단부는 직각으로 절곡 연장된 형태로, 상기 직각으로 절곡 연장된 부분이 상기 요크(34)의 외측면과 접촉된 상태를 유지하면서 자기회로 가이드(42)에 의해 요크(34)의 외측면에 고정 지지된다. 상기 요크 외측의 판스프링의 직각으로 절곡 연장된 부분의 단부로부터 일정 거리까지는 절연체(39) 가 부착되어 있다. 상기 절연체(39)는 스프링 전극단자(38)가 스위치로서 동작할수록 있도록 지원한다.

PCB 전극단자(33)는 후술하는 도6a 및 도6b에 도시된 바와 같이 환형 링 형상을 가지며, 상기 PCB 전극단자(33)에는 본 발명의 요부인 스프링 전극단자(38)가 연결되고, 코일(40)이 인입선을 통해 연결된다. 스프링 전극단자(38)는 일측 단부가 인쇄회로기판(PCB)의 단자에 연결되고, 타측이 도체의 판스프링(37)의 수직 절곡된 면에 접촉된다. 스프링 전극단자(38)의 접촉 부분은 유선형을 갖는다. 이와 같은 스프링 전극단자(38)는 4개의 지점에서 상기 판스프링(37)과 접촉된다. 여기서, 상기 판스프링(37)은 자기회로 가이드(42)에 의해 상기 요크(34)에 결합되기 때문에, 상기 판 스프링의 수직 절곡된 부분에도 상기 자기회로 가이드가 감싸고 있다. 하지만, 스프링 전극단자가 판 스프링과 전기적으로 접촉되어야 하기 때문에, 스프링 전극단자와 판 스프링이 접촉되는 부분에 대해서는 자기회로 가이드를 제거한다. 상기 판 스프링의 구조에 대해서는 도5를 참조하여 후술한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 복합 모드 마이크로 스피커에서는 판 스프링(37)이 직각으로 절곡 연장된 부분을 가지고, 자기회로 가이드(42)를 통해 요크와 결합되며, 상기 스프링 전극단자(38)가 판 스프링(37)에 접촉되는 것으로 설명하였으나, 이는 다음과 같이 변형될 수 있다.

판 스프링(37)과 요크(34)는 종래와 동일하게 결합될 수 있다. 즉, 판 스프링(37)의 중앙 홀에 요크가 삽입되어 접착제 등을 이용해 결합될 수 있으며, 이때 판 스프링(37)은 절곡되지 않고, 종래와 같은 구조를 갖는다. 이 경우에는 자기회 로 가이드가 불필요하다. 그리고, 스프링 전극단자(38)는 도체의 요크(34) 외측벽에 접촉되고, 요크의 스프링 전극단자 접촉 지점의 하측에는 절연체가 형성되어 있다. 다시 말해, 요크의 하측에는 일정 부분 혹은 전체 부분(띠 형상)에 걸쳐 홈을 형성한 다음에 절연체를 부착하거나, 요크의 하측에 미세한 두께의 절연체를 부착하여 요크가 상측으로 이동하는 경우 스프링 전극단자(38)가 전기적으로 절체될 수 있도록 구성할 수 있다. 절연패드(43)는 환형 링 형상으로 PCB 전극단자와 하측 커버가 전기적으로 접촉되는 것을 방지하기 위해 그 사이에 마련된다.

도3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 모드 마이크로 스피커의 단면도로서, 이는 스피커용 자기회로부와 진동기용 자기회로부가 판 스프링에 의해 지지되도록 하여 유동형으로 구성하고, 진동 발생은 내자형으로 음향 발생은 외자형으로 한 것이다.

본 발명의 다른 실시 예에서 프레임(22), 상측 커버(21), 진동판(24), 2차 서스펜션(25), 1차 서스펜션(26), 보이스 코일(27)은 전술한 도2와 동일하다.

하측 커버(23)는 평평한 형상으로 중앙에 통기공(32)이 마련되고, 진동 발생용 코일(40)은 전술한 바와 같이 하측 커버(23)에 절연된 상태로 고정된다. 본 발명의 다른 실시 예에서 요크(28)는 진동 발생용과 음향 발생용이 일체화된 형태로서, 판 스프링(37)에 의해 유동 가능하게 지지된다. 상기 요크(28)에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 요크(28)의 중앙에는 상측이 막히고 하측이 개방된 원통형 형상의 제1 공간이 마련되고, 상기 요크의 원통형 형상의 가장자리에는 상측이 개방되고 하측이 막힌 제2 공간이 연장 형성된다. 상기 제1 공간에는 진동 발 생용 영구자석(35)과 플레이트(36)가 적층되고, 상기 제2 공간에는 음향 발생용 외자형 영구자석(29)과 플레이트(30)가 적층된다. 상기 요크(28)는 도2에서 전술한 바와 같이 판 스프링(37)에 의해 유동 가능하게 지지되고, PCB 전극단자(33), 스프링 전극단자(38)의 구성은 도2에서 전술한 바와 동일하다.

도4a는 본 발명에 따른 음향 발생부의 2차 서스펜션과 코일 및 진동판의 구조를 나타낸 단면도이고, 도4b 내지 도4d는 2차 서스펜션의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 2차 서스펜션(25)은 서로 일정 간격을 두고 공간적으로 분리된 1조의 서스펜션으로 구성된다. 즉, 전도성 2차 서스펜션(25)은 상하 진동에 대한 안정적인 제동력 발현을 위해 2개가 1조를 이루어 사용하는 형태로 구성되며, 보이스 코일(27)의 상단 또는 상측단을 기준으로 서로 대칭되는 판상의 형태로 배열되고, 각각의 2차 서스펜션이 전기적으로 서로 연결되지 않도록 일정한 간격을 유지한다.

상기 전도성 2차 서스펜션(25) 1개의 구성은 외곽으로부터 내측으로 외부의 전기신호를 접속하기 위한 전극단자부(110)와 서스펜션 자체의 외측지지를 위한 외주부(114), 진동판(24)과 보이스 코일(27)이 부착될 내주부(116), 그리고 외주부(114)와 내주부(116)가 전기적 기계적으로 연결되도록 일정한 각도 및 길이로서 성형된 제동막(115)부와 내측의 끝단에 보이스 코일(27)과의 전기적 접속을 위한 접속부(121)로 이루어진다.

상기 2차 서스펜션(25)의 전극 단자부(110)는 도4a에 도시된 바와 같이 2차 서스펜션의 원형 가장자리가 프레임을 따라 수직으로 절개된 후, 다시 수평으로 절개된 형태로, 상기 수평으로 절개된 부분이 후술할 PCB 전극 단자(33)의 전극패턴과 접속된다.

상기 제동막(115)부는 서스펜션 한 개 당 두 개로 구성되어 있는 막이 내 외측에 두 지점씩의 제동 지지점(117, 118)을 일정한 각도로서 각각 확보하고 있으며, 상기 2개의 서스펜션을 좌우로 두 개 사용하여 결과적으로 내외측 공히 각각 4점씩의 제동 지지점을 확보함으로써, 보다 안정적인 진동 및 제동이 이루어지게 할 수 있다. 여기에서 두 개의 제동막(117, 118)은 상하 진동에 대한 제동의 기능과 전극단자(33)로부터 보이스 코일(27)까지의 전기신호를 공급하는 고성능 대형 스피커의 금사선에 해당되는 기능을 모두 수행한다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 1개의 2차 서스펜션은 전극단자부(110)로부터 연장되어 반원호형의 외주부(114)가 형성된다. 그리고, 상기 외주부(114)와 일정한 공간을 가지고, 상기 외주부(114)와 직각으로 놓여지며, 상기 보이스 코일과 진동판이 접착되는 내주부(116)가 마련된다. 또한, 상기 외주부(114)와 내주부(116)를 전기적으로 연결하고, 상하 진동에 대한 제동 기능을 수행하기 위해 두 개의 제동막(115)이 마련된다. 상기 제1 제동막은 전극단자와 인접한 외주부 지점에서 일체로 연결되어 제1 외측 제동 지지점(117)을 형성하고, 내주부(116)와 일정한 간격을 유지한 체 내주부의 일 지점에서 일체로 연결되어 제1 내측 제동 지지점(118)을 형성한다. 그리고, 상기 제2 제동막은 전극단자와 대향되는 외주부 지점에서 일체로 연결되어 제2 외측 제동 지지점(117)을 형성하고, 외주부(116)와 일정한 간격을 유지한 체 내주부의 타 지점에서 일체로 연결되어 제2 내측 제동 지지점(118)을 형성한다. 그리고, 내주부의 중앙 지점에는 절개된 홈이 형성되어 있고, 상기 보이스 코일의 인입선(119)이 상기 홈이 형성된 접속부(121)에 연결된다.

이와 같은 구성을 갖는 각각의 서스펜션을 결합하는 경우 도4d와 같은 형태가 되는데, 도4d에 도시된 바와 같이, 각각의 서스펜션의 외주부는 일정한 간격(120b)을 유지하고 있고, 각각의 서스펜션의 내주부 또한 일정한 간격(120a)을 유지하고 있어, 두 서스펜션간에는 전기적으로 결합되지 않는다.

2차 서스펜션 한 개의 내부적인 모든 구성 요소는 별개의 재료와 그 조합으로서 구성하지 아니하며, 전도성과 복원력이 탁월한 금속의 원재료를 사용하되, 서로의 전기적인 연결이 끊어지지 않도록 일체화된 성형을 기본으로 한다. 또한, 상기 2차 서스펜션의 내측에 형성되어 보이스 코일(27)과의 전기적 접속을 위한 접속부(121)는 납땜, 용접, 도전성 접착 또는 밴딩 등 어느 것이라도 사용하여 보이스 코일과 연결이 가능하다.

도5는 판 스프링의 평면도로서, 그 구조는 종래의 판 스프링과 동일하나, 다만 내측에 있는 환형 링이 수직으로 절곡 연장되어 있다는 점에 있어서 차이가 있다. 일반적으로 판 스프링은 외측 환형 링(122a)과 내측 환형 링(122b)이 4개의 지지부재(122c)에 의해 결합된 형태를 갖는다.

도6a 및 도6b는 본 발명에 따른 PCB 전극단자의 구조 및 상기 PCB 전극단자에 결합되는 코일과 스프링 전극단자의 결합 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(PCB) 전극단자는 환형 링 형상을 가 지며, 외부의 전원 단자와 연결하기 위해, 전원 접속 패턴(123a, 123b, 125a, 125b)이 환형 링의 일측으로부터 연장된 형상을 가진다. 여기서, 상기 전원 접속 패턴 123a, 123b는 진동 발생을 위한 전원 접속 패턴으로 직류가 제공되고, 전원 접속 패턴 125a, 125b는 음향 발생을 위한 전원 접속 패턴으로 교류가 제공되는데, 사아기 전원 접속 패턴 125a, 125b는 도면에 도시된 바와 같이 단지 일정 길이의 패턴만이 형성되고, 상기 패턴에 상기 2차 서스펜션의 전극단자부가 접속된다. 상기 인쇄회로기판은 양면에 접속 패턴이 형성되어 있는데, 도6a에 도시된 바와 같이 양면 통전위치(124a, 124b)를 통해 양면의 접속 패턴이 전기적으로 연결된다. 그리고, 도6a에서 124c 및 124d는 양면 인쇄회로기판의 후면에 형성된 접속 패턴을 나타낸다.

도6b는 PCB 전극단자에 코일 및 스프링 전극단자가 접속된 상태를 보여주는 평면도이다. 코일(40)은 인쇄회로기판의 링 내부에 일정 거리 이격되어 위치하는데, 상기 코일은 코일 인입선(126a, 126b)을 통해 인쇄회로기판의 접속 패턴에 연결된다. 이때, 구동 직류 전원 접속 패턴 123d와는 전기적으로 접속되어 있지 않는 접속 패턴 124e에 하나의 코일 인입선 126b가 연결되고, 구동 직류 전원 접속 패턴 123b에 다른 하나의 코일 인입선 126a가 연결된다. 여기서 접속 패턴 124e는 인쇄회로기판 후면의 접속 패턴 124d와 전기적으로 통전되어 있다. 그리고, 스프링 전극단자(38)는 서로 90도의 각도를 유지하면서 이격되어 있는 4개의 단자가 마련된다. 4개의 스프링 전극단자(38a, 38b, 38c, 38d)는 모두 인쇄회로기판의 후면에 형성된 접속 패턴에 접속되는데, 반드시 후면의 접속 패턴에 연결될 필요는 없 으나, 보다 접합의 안정성을 기하기 위해서는 후면 접속 패턴에 연결되는 것이 바람직할 것이다.

이를 다시 살펴보면, 도면에 도시된 바와 같이 접속 패턴 123a, 124c가 제1 영역을 형성하고, 접속 패턴 124d, 124e가 제2 영역을 형성하며, 접속 패턴 123b가 제3 영역을 형성하는데, 각 영역은 전기적으로 분리되어 있다. 여기서, 서로 90도의 각도를 이루는 제1 및 제2 스프링 전극단자(38a, 38b)가 제1 영역에 접속되고, 서로 90도의 각도를 이루는 제3 및 제4 스프링 전극단자(38c, 38d)가 제2 영역에 접속된다. 따라서, 제1, 제2 스프링 전극단자와 제3, 제4 스프링 전극단자는 서로 전기적으로 분리되어 있고, 제1 및 제2(또는 제3 및 제4) 스프링 전극단자는 서로 전기적으로 연결되어 있다. 본 발명에서 2개의 스프링 전극단자를 한 조로 한 이유는 물론 전기적 접속의 안정을 기하기 위함이다. 그리고, 코일의 제1 인입선 126a는 제3 영역에 연결되고, 코일의 제2 인입선 126b는 제2 영역에 연결된다. 이러한 구조로 인해, 스프링 전극단자가 판 스프링의 수직 절곡 연장부분을 벗어나 절연체에 접촉되면 코일에 공급되는 전원이 절체된다.

이상에서 본 발명에 따른 복합 모드 다이나믹 마이크로 스피커의 구조를 살펴보았다. 이와 같은 본 발명에 따른 마이크로 스피커의 작동 원리는 직류와 교류가 분리된 별도의 전원 입력 구조를 가지며, 본 발명의 구조에 따른 동작도 본 출원인에 의하여 선출원된 특허에 기 개시된 바 이하에서는 생략하기로 한다.

이상에서 양호한 실시 예에 근거하여 본 발명을 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것일 뿐, 본 발명이 속하는 분 야의 숙련자에게는 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 가장 큰 특징은 스위치 구조를 통해 코일에 연속으로 전원 공급과 중단을 반복하는 것으로, 공진점에서의 진동력의 변화가 일어나지 않는 한도 내에서 다양한 스위치 구조를 채택하는 것은 당업자에 있어서 용이하게 채택 가능할 것이다. 더욱이 2차 서스펜션의 구조 또한 다양한 변형이 가능할 것이다.

그러므로, 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기와 같은 본 발명은 2차 서스펜션의 채용으로 인해, 대 음량 출력을 위한 대 입력의 전기신호에도 일그러지지 않는 깨끗한 음향의 재현을 가능하게 할 뿐만 아니라 2차 서스펜션의 제동력을 통하여 단선이 방지되고, 직류 전원을 통해서도 효과적으로 진동을 발행할 수 있으며, 더욱이 항상 공진점에서 스위칭 됨으로 인하여 진동력의 진행성 감소 현상이 없이 진동을 발생할 수 있다.

Claims (9)

1. 진동 발생부와 음향 발생부를 포함하는 진동과 음향의 복합 모드 마이크로 스피커에 있어서,

   상기 음향 발생부가,

   하부 커버의 중앙에 형성된 홀에 고정 결합된 제1 요크와, 제1 영구자석과, 제1 플레이트를 구비한 제1 자기회로부;

   1차 서스펜션과 일체화된 진동판;

   제1 코일; 및

   복원력이 우수한 재질로 제작되고, 상기 제1 플레이트와 상기 진동판 사이에 마련된 2차 서스펜션을 포함하되,

   상기 제1 코일이 상기 2차 서스펜션의 하부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되고, 상기 진동판이 상기 2차 서스펜션의 상부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되며, 상기 2차 서스펜션의 가장자리로부터 연장된 부분이 인쇄회로기판의 전극단자에 연결되며,

   상기 진동 발생부가,

   상기 제1 요크의 외측에 마련된 제2 요크와, 제2 영구자석과, 제2 플레이트를 구비한 제2 자기회로부;

   상기 제2 요크를 상하 방향으로 유동 가능하게 지지하는 링 형상의 판 스프링;

   상기 제2 요크와 상기 제2 플레이트 사이에 위치하며, 고정 결합되는 제2 코일; 및

   상기 제2 코일에 공급되는 직류 전원을 스위칭하기 위한 스위칭수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
2. 진동과 음향의 복합 모드 마이크로 스피커에 있어서,

   중앙에는 내자형을 형성할 수 있도록 제1 공간이 형성되고, 상기 중앙의 가장자리에는 연속적으로 외자형을 형성할 수 있도록 제2 공간이 형성된 요크;

   상기 요크의 제1 공간 내에 순차적으로 적층된 제1 영구자석과, 제1 플레이트;

   1차 서스펜션과 일체화된 진동판;

   제1 코일;

   복원력이 우수한 재질로 제작되고, 상기 제1 플레이트와 상기 진동판 사이에 마련된 2차 서스펜션;

   상기 요크의 제2 공간 내에 순차적으로 적층된 제2 영구자석과, 제2 플레이트;

   상기 요크를 상하 방향으로 유동 가능하게 지지하는 링 형상의 판 스프링;

   고정 결합된 제2 코일; 및

   상기 제2 코일에 공급되는 직류 전원을 스위칭하기 위한 스위칭수단을 포함 하되,

   상기 제1 코일이 상기 2차 서스펜션의 하부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되고, 상기 진동판이 상기 2차 서스펜션의 상부에 위치하도록 상기 2차 서스펜션에 부착되며, 상기 2차 서스펜션의 가장자리로부터 연장된 부분이 인쇄회로기판의 전극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 2차 서스펜션은 복원력이 우수한 도전성 판 스프링으로서, 상기 제1 코일의 인입선이 상기 2차 서스펜션에 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 2차 서스펜션은, 서로 대칭되는 형상을 갖는 2개의 서스펜션으로 구성되고, 상기 2개의 서스펜션은 서로 일정한 간격을 유지하여 전기적으로 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 2개의 서스펜션 각각은,

   상기 전극단자와 연결되는 부분으로부터 연장된 반원호형의 외주부;

   상기 외주부와 일정한 공간을 가지고, 상기 외주부와 직각으로 놓여지며, 상기 제1 코일과 진동판이 접착되는 내주부;

   상기 외주부와 상기 내주부를 전기적으로 연결하고, 상하 진동에 대한 제동 기능을 수행하기 위한 제동막; 및

   상기 제1 코일의 인입선이 연결되는 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 스위칭수단은,

   일측이 인쇄회로기판 전극단자의 접속 패턴에 연결된 적어도 두 개 이상의 스프링 전극단자를 포함하고,

   상기 스프링 전극단자의 타측이 상기 판 스프링의 수직 절곡된 연장 부분에 접촉되는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭수단은,

   일측이 상기 인쇄회로기판 전극단자의 접속 패턴에 연결된 적어도 두 개 이상의 스프링 전극단자를 포함하고,

   상기 스프링 전극단자의 타측이 도체인 상기 제2 요크의 외측벽에 접촉되고, 상기 스프링 전극단자가 접촉되는 지점의 상기 제2 요크의 하측에는 절연체가 부착된 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 스위칭수단은,

   일측이 상기 인쇄회로기판 전극단자의 접속 패턴에 연결된 적어도 두 개 이상의 스프링 전극단자를 포함하고,

   상기 스프링 전극단자의 타측이 도체인 상기 요크의 외측벽에 접촉되고, 상기 스프링 전극단자가 접촉되는 지점의 상기 요크의 하측에는 절연체가 부착된 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판은, 환형 링 형상으로, 적어도 전기적으로 서로 분리된 5개의 접속 패턴 영역을 가지며,

   제1 접속 패턴 영역에는 제1 스프링 전극단자가 연결되고, 제2 접속 패턴 영역에는 제2 스프링 전극단자와 하나의 제2 코일 인입선이 연결되며, 제3 접속 패턴 영역에는 다른 하나의 제2 코일 인입선이 연결되고, 상기 제1 접속 패턴 영역과 상기 제3 접속 패턴 영역이 외부의 직류 전원과 연결되며, 제4 접속 패턴 영역과 제5 접속 패턴 영역은 외부의 교류 전원과 연결되면서 상기 2차 서스펜션의 연장된 부분이 접촉되는 것을 특징으로 하는 진동 음향 복합 모드 마이크로 스피커.

Images