KR100548804B1 - 압전형 전기 음향 변환기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 진동판의 주파수 특성이 안정되고, 탄성 접착제의 도포 작업성이 우수한 압전형 전기 음향 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 사각형의 압전 진동판(1)과, 압전 진동판(1)을 4개의 코너부 하면을 지지하는 지지부(10f)를 갖는 케이싱(casing)(10)과, 지지부 근방에 내부 접속부가 노출되도록 케이싱에 고정된 단자(11, 12)와, 압전 진동판의 외주부(外周部)와 단자의 내부 접속부 사이에 도포되는 제 1 탄성 접착제(13)와, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부 사이에, 제 1 탄성 접착제의 상면을 지나서 도포되는 도전성 접착제(14)와, 압전 진동판의 외주부와 케이싱의 내주부(內周部) 사이의 틈새를 봉지(封止)하는 제 2 탄성 접착제(15)를 구비한다. 케이싱의 내주부이며, 제 1 탄성 접착제가 도포되는 영역에 있어서의 압전 진동판의 하부에, 지지부보다 낮으며 또한 압전 진동판의 하면과의 사이에서 제 1 탄성 접착제의 유동이 막아지는 틈새(D1)를 형성하는 받침대(10g)를 형성하였다.
압전 진동판, 케이스, 받침대, 지지부, 바닥벽부, 흐름 방지용 벽부

Description

압전형 전기 음향 변환기 및 그 제조 방법{Piezoelectric electro-acoustic transducer and manufacturing method of the same}
도 1은 본 발명에 따른 압전형 전기 음향 변환기의 제 1 실시형태의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 압전형 전기 음향 변환기에 사용되는 압전 진동판의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A－A선에 따른 계단 단면도이다.
도 4는 도 1의 압전형 전기 음향 변환기에 사용되는 케이스의 평면도이다.
도 5는 도 4의 X－X선 단면도이다.
도 6은 도 4의 Y－Y선 단면도이다.
도 7은 도 4에 나타내는 케이스에 진동판을 유지한 상태(제 2 탄성 접착제의 도포 전)의 평면도이다.
도 8은 도 4에 나타내는 케이스의 코너부의 확대 사시도이다.
도 9는 도 7의 B－B선 확대 단면도이다.
도 10은 도 7의 C－C선 확대 단면도이다.
도 11은 진동판 변위와 제 1 탄성 접착제의 영률(Young's modulus)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 진동판 변위와 제 2 탄성 접착제의 영률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 일본국 특허공개 2003-9286호 공보에 있어서의 압전 진동판과 단자와의 접속부의 단면도이다.
도 14는 일본국 특허공개 2003-23696호 공보에 있어서의 압전 진동판과 단자와의 접속부의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1 : 압전 진동판 10 : 케이스
10a : 바닥벽부 10f : 지지부
10g : 받침대 10h : 홈부
10i : 흐름 방지용 벽부 11, 12 : 단자
13 : 제 1 탄성 접착제 14 : 도전성 접착제
15 : 제 2 탄성 접착제
본 발명은 압전 수신기나 압전 음향기 등의 압전형 전기 음향 변환기에 관한 것이다.
종래, 전자 기기, 가전 제품, 휴대 전화기 등에 있어서, 경보음이나 동작음을 발생하는 압전 음향기 또는 압전 수신기로서 압전형 전기 음향 변환기가 널리 사용되고 있다. 이러한 종류의 압전형 전기 음향 변환기에 있어서, 사각형의 진동판을 사용함으로써, 생산 효율의 향상, 음향 변환 효율의 향상 및 소형화를 가능하게 한 것이 제안되어 있다.
일본국 특허공개 2000-310990호 공보에는, 사각형의 압전 진동판과, 바닥벽부와 4개의 측벽부를 가지며, 대향하는 2개의 측벽부의 내측에 진동판을 지지하는 지지부를 갖고, 지지부에 외부 접속용의 제 1과 제 2 단자가 형성된 케이싱을 구비하며, 케이싱 내에 진동판이 수납되고, 진동판의 대향하는 2변과 지지부가 접착제 또는 탄성 접착제로 고정됨과 아울러, 진동판의 나머지 2변과 케이싱 사이의 틈새가 탄성 접착제로 봉지(封止)되고, 진동판과 제 1, 제 2 단자가 도전성 접착제에 의해 전기적으로 접속된 압전형 전기 음향 변환기가 개시되어 있다.
이와 같이 진동판과 케이싱 사이를 봉지하는 것은 진동판의 표리의 공간을 격리하여, 진동판의 표리에 음향 공간을 형성하기 위함이다. 탄성 접착제는 가능한 한 진동판의 진동을 억제하지 않도록, 실리콘계 접착제 등의 부드러운 탄성 재료가 사용된다.
저주파화를 위하여, 최근의 진동판은 매우 얇아져서, 수십∼백㎛정도의 두께가 얇은 진동판이 사용되고 있다. 이러한 두께가 얇은 진동판을 사용한 경우에는, 그 지지 구조가 주파수 특성에 주는 영향이 커진다.
예를 들면 진동판과 케이싱에 고정된 단자 사이를, 열경화형의 도전성 접착제로 직접 접속하면, 도전성 접착제의 경화 수축 응력에 의해 진동판에 일그러짐이 발생하고, 주파수 특성이 변동한다. 또한, 경화 후의 도전성 접착제의 영률(Young's modulus)이 비교적 높기 때문에, 진동판의 진동이 억제되거나, 반대로 진동판의 진동에 의해 도전성 접착제에 크랙(crack)이 생기는 것과 같은 문제가 발생할 가능성이 있었다.
일본국 특허공개 2003-9286호 공보에는, 내주부(內周部)에 압전 진동판의 2변 또는 4변의 하면을 지지하는 지지부를 갖는 케이싱과, 지지부 근방에 내부 접속부가 노출된 단자와, 압전 진동판의 외주부(外周部)와 단자의 내부 접속부 사이에 도포되어, 압전 진동판을 케이싱에 대하여 유지하는 제 1 탄성 접착제와, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부 사이에, 제 1 탄성 접착제의 상면을 우회해서 도포되어, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부를 전기적으로 접속하는 도전성 접착제와, 압전 진동판의 외주부와 케이싱의 내주부 사이의 틈새를 봉지(封止)하는 제 2 탄성 접착제를 형성한 압전형 전기 음향 변환기가 제안되어 있다. 제 1 탄성 접착제로서는 예를 들면 우레탄계 접착제가 사용되고, 제 2 탄성 접착제로서는 제 1 탄성 접착제보다 영률이 낮은 재료, 예를 들면 실리콘계 접착제가 사용되고 있다.
도 13은 일본국 특허공개 2003-9286호 공보에 있어서의 압전 진동판(30)과 단자(31)의 접속부를 나타낸다. 압전 진동판(30)과 단자(31)의 내부 접속부 사이에 제 1 탄성 접착제(32)를 수북이 쌓아서 도포해 두고, 그 위에 도전성 접착제(33)를 도포함으로써, 도전성 접착제(33)의 경화 수축 응력에 의한 진동판(30)의 주파수 특성의 변동이나, 도전성 접착제(33)의 경화 후의 크랙 발생 등을 방지하고 있다.
그러나, 이 경우에는 제 1 탄성 접착제(32)가 지지부(34)와 압전 진동판(30)을 접착하는 형태가 되기 때문에, 진동판(30)이 구속되어, 그 진동이 억제될 가능성이 있었다.
일본국 특허공개 2003-23696호 공보에서는, 압전 진동판의 4개의 코너부 하면을 지지하는 지지부를 케이싱에 형성하고, 이 지지부의 근방 위치에서 압전 진동판과 단자 사이에 제 1 탄성 접착제를 도포하며, 그 위에 도전성 접착제를 도포한 것이 개시되어 있다.
도 14는 일본국 특허공개 2003-23696호 공보에 있어서의 압전 진동판(30)과 단자(31)의 접속부를 나타낸다. 이 경우에는, 제 1 탄성 접착제(32)를 도포하는 영역의 진동판(30)의 하부가 공동(空洞)으로 되어 있기 때문에, 제 1 탄성 접착제(32)에 의해 진동판(30)이 구속될 가능성은 낮지만, 점성이 낮은 제 1 탄성 접착제(32)를 사용한 경우, 이 접착제(32)가 진동판(30)과 케이싱(35) 사이의 틈새를 지나 케이싱(35)의 바닥부측으로 흘러 떨어져서, 제 1 탄성 접착제(32)를 진동판(30)과 단자(31) 사이에 수북이 쌓아 올릴 수 없게 된다.
탄성 접착제로서 상온 경화형과 열경화형의 접착제가 일반적으로 사용되고 있다. 상온 경화형 접착제의 경우, 도포시에 있어서의 점성(틱소성(thixotropy))이 비교적 높고, 도포 후의 경화가 빠르기 때문에, 접착제가 진동판과 케이싱 사이의 틈새로부터 케이싱의 바닥부측으로 흘러 떨어지는 일이 없다. 그러나, 상온 경화형 접착제는 도포 도중에 경화를 개시해 버려서, 도포 장치에 막힘이 발생하기 쉬워, 작업성이 나쁘다. 또한, 경화 후의 영률이 비교적 높아, 진동판을 구속하는 문제가 있다.
한편, 점성(틱소성)이 낮은 열경화형 접착제의 경우에는, 도포 도중에 경화를 개시하는 일이 없어, 도포 작업성이 우수함과 아울러, 경화 후의 영률이 낮기 때문에, 진동판을 구속하지 않는다고 하는 이점이 있다.
그러나, 점성이 낮은 탄성 접착제를 사용하면, 상기와 같이 탄성 접착제가 케이싱의 바닥면측으로 흘러 떨어져서, 진동판과 단자 사이에 수북이 쌓아 올릴 수 없다. 그 때문에, 그 후에 도포ㆍ경화되는 도전성 접착제에 의한 구속력이 진동판에 작용하여, 진동을 저해할 가능성이 있다.
이상과 같이, 진동판을 강하게 구속하지 않고 유지할 수 있는 것; 탄성 접착제의 도포 작업성의 향상을 도모하는 것; 탄성 접착제를 수북이 쌓아서 도포할 수 있는 것;이라고 하는 3조건을 종래 구조에서 동시에 만족하는 것은 어렵다.
그래서, 본 발명의 목적은 진동판의 주파수 특성이 안정되며, 탄성 접착제의 도포 작업성이 우수한 압전형 전기 음향 변환기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극간에 교번(交番) 신호를 인가함으로써 판두께 방향으로 면적 굴곡 진동하는 사각형의 압전 진동판과, 내주부에 압전 진동판의 4개의 코너부 하면을 지지하는 지지부를 갖는 케이싱과, 상기 지지부 근방에 내부 접속부가 노출되도록 케이싱에 고정된 단자와, 상기 압전 진동판의 외주부와 단자의 내부 접속부 사이에 도포되어, 압전 진동판을 케이싱에 대하여 유지하는 제 1 탄성 접착제와, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부 사이에, 제 1 탄성 접착제의 상면을 지나서 도포되어, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부를 전기적으로 접속하는 도전성 접착제와, 압전 진동판의 외주부와 케이싱의 내주부 사이의 틈새를 봉지하는 제 2 탄성 접착제를 구비한 압전형 전기 음향 변환기에 있어서, 상기 케이싱의 내주부이며, 상기 제 1 탄성 접착제가 도포되는 영역에 있어서의 압전 진동판의 하부에, 상기 지지부보다 낮으며 또한 압전 진동판의 하면과의 사이에서 제 1 탄성 접착제의 유동이 막아지는 틈새를 형성하는 받침대를 설치한 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기를 제공한다.
본 발명은 전극간에 교번 신호를 인가함으로써 판두께 방향으로 면적 굴곡 진동하는 사각형의 압전 진동판을 준비하는 공정과, 내주부에 압전 진동판의 4개의 코너부 하면을 지지하는 지지부와, 이 지지부 근방에 지지부보다 낮으며 또한 압전 진동판의 하면과의 사이에서 제 1 탄성 접착제의 유동이 막아지는 받침대가 형성되고, 상기 지지부 근방에 내부 접속부가 노출된 단자가 고정된 케이싱을 준비하는 공정과, 압전 진동판의 외주부와 내부 접속부 사이이며, 압전 진동판과 내부 접속부 사이에 제 1 탄성 접착제를 도포하여 경화시켜서, 압전 진동판을 케이싱에 대하여 유지하는 공정과, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부 사이에, 제 1 탄성 접착제의 상면을 지나서 도전성 접착제를 도포하여 경화시켜서, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부를 전기적으로 접속하는 공정과, 압전 진동판의 외주부와 케이싱의 내주부 사이의 틈새에 제 2 탄성 접착제를 도포하여 경화시켜서, 양자 사이를 봉지하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기의 제조 방법을 제공한다.
진동판을 강하게 구속하지 않고 유지하고, 또한 도포 작업성의 향상을 도모하기 위해서는, 점성이 낮은 제 1 탄성 접착제를 사용할 필요가 있다. 점성이 낮은 제 1 탄성 접착제를 진동판의 둘레 가장자리부와 케이싱의 내측면 사이에 도포하면, 이 탄성 접착제는 진동판과 케이싱 사이의 틈새를 지나서 케이싱의 바닥벽부측으로 흘러 떨어지려고 한다. 그러나, 제 1 탄성 접착제의 도포 영역에 있어서의 압전 진동판의 하부에 받침대가 형성되어 있어, 제 1 탄성 접착제는 이 받침대와 진동판 사이의 틈새로 흘러 들어가고, 제 1 탄성 접착제의 표면 장력에 의해 유동이 막아지므로, 케이싱의 바닥벽부측으로 흘러 떨어지는 일이 없다. 게다가, 받침대와 진동판 사이의 틈새는 좁게 설정되어 있기 때문에, 그 틈새는 곧 채워져서, 잉여의 접착제를 수북이 쌓아 올릴 수 있다. 그 때문에, 제 1 탄성 접착제의 경화 후, 그 위에 도전성 접착제를 도포했을 때, 도전성 접착제는 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부의 최단 경로를 우회하게 되므로, 도전성 접착제의 경화 수축 응력이 제 1 탄성 접착제에 의해 완화된다. 그 결과, 진동판의 일그러짐을 확실하게 방지할 수 있고, 주파수 특성을 안정화시키는 동시에, 진동판의 진동에 의한 도전성 접착제의 크랙 발생 등을 방지할 수 있다.
본 발명과 같이, 케이싱의 내주부에, 제 2 탄성 접착제를 모으기 위한 홈부를 형성하고, 홈부의 내주측에, 지지부보다 낮으며, 제 2 탄성 접착제가 케이싱의 바닥벽부로 유출되는 것을 규제하는 흐름 방지용 벽부를 형성하는 것이 좋다.
제 2 탄성 접착제도 제 1 탄성 접착제와 마찬가지로, 점성이 낮은 제 2 탄성 접착제를 사용하는 것이 좋으나, 진동판의 둘레 가장자리부와 케이싱의 내측면 사 이에 점성이 낮은 탄성 접착제를 도포하면, 탄성 접착제는 진동판과 케이싱 사이의 틈새를 지나서 케이싱의 바닥벽부측으로 흘러 떨어지려고 한다. 그러나, 제 2 탄성 접착제는 케이싱에 형성된 홈부에 흘러 들어가고, 또한 이 홈부의 내주에 형성된 흐름 방지용 벽부에 의해 막아지기 때문에, 탄성 접착제가 케이싱의 바닥벽부측으로 유출되는 것이 방지된다. 또한, 제 2 탄성 접착제는 홈부를 따라서 신속히 흘러 들어가기 때문에, 진동판의 주위를 용이하게 봉지할 수 있다.
상기 흐름 방지용 벽부의 높이는 제 2 탄성 접착제의 표면 장력에 의해 벽부와 진동판 사이의 틈새로부터 케이싱의 바닥벽부측으로 유출되는 일이 없고, 또한 진동판의 진동을 가능한 한 저해하지 않는 높이로 설정되어 있다.
제 2 탄성 접착제의 흐름 방지용 벽부와, 제 1 탄성 접착제의 유동을 막기 위한 받침대를 동일 높이로 해도 되지만, 흐름 방지용 벽부를 받침대보다 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
받침대는 압전 진동판과 단자의 대향부, 다시 말하면 압전 진동판의 4개의 코너부의 근방에 형성되는 것에 비하여, 흐름 방지용 벽부는 압전 진동판의 거의 전 둘레에 형성되기 때문에, 동일 높이로 한 경우에는, 흐름 방지용 벽부와 압전 진동판 사이의 틈새에 개재하는 제 2 탄성 접착제의 막두께가 얇아지고, 그 구속력으로 인해 압전 진동판의 진동을 억제할 가능성이 있다. 그래서, 흐름 방지용 벽부를 받침대보다 낮게 설정함으로써, 흐름 방지용 벽부와 압전 진동판 사이의 틈새로부터 제 2 탄성 접착제가 유출되지 않는 범위에서, 제 2 탄성 접착제의 막두께를 가능한 한 두껍게 하여, 제 2 탄성 접착제에 의한 구속력을 가능한 한 작게 하면서 확실한 봉지성이 얻어지도록 하는 것이 좋다.
본 발명과 같이, 제 1 탄성 접착제의 경화 후의 영률을 500×106Pa 이하로 하고, 제 2 탄성 접착제의 경화 후의 영률을 30×106Pa 이하로 하는 것이 좋다.
즉, 제 1 및 제 2 탄성 접착제의 경화 후의 영률은 진동판의 변위가 큰 영향을 받지 않는 값으로 설정되지만, 제 1 탄성 접착제의 경화 후의 영률을 500×106Pa 이하로 하고, 제 2 탄성 접착제의 경화 후의 영률을 30×106Pa 이하로 한 경우에는, 진동판의 변위를 최대값의 90% 이상으로 할 수 있기 때문에, 큰 영향을 주지 않는다.
제 2 탄성 접착제의 영률의 허용 범위가 좁은 것은, 제 1 탄성 접착제는 압전 진동판의 코너부 근방에 부분적으로 도포되는 것에 비하여, 제 2 탄성 접착제는 압전 진동판의 주위에 도포되기 때문에, 압전 진동판이 제 2 탄성 접착제의 영률의 영향을 받기 쉽기 때문이다.
본 발명과 같이, 제 1 탄성 접착제로서 우레탄계 접착제를 사용하고, 제 2 탄성 접착제로서 실리콘계 접착제를 사용할 수 있다.
탄성 접착제로서는, 경화 후의 영률이 낮고, 또한 저렴하기 때문에, 실리콘계 접착제가 널리 사용되고 있다. 그러나, 실리콘계 접착제는 가열 경화시에 실록산 가스(siloxane gas)가 발생하고, 이것이 도전부 등에 피막으로서 부착되어, 도전성 접착제 등을 도포할 때에 접착 불량이나 도전 불량을 초래한다는 중대한 문제 가 있다. 따라서, 실리콘계 접착제의 사용은 도전성 접착제의 도포ㆍ경화 후에 한정된다. 한편, 우레탄계 접착제에는, 실리콘계 접착제와 같은 문제는 없다.
그래서, 압전 진동판을 케이싱에 유지함과 아울러, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부를 도통(導通)시키는 도전성 접착제의 하지제(下地劑;primer)로서 사용되는 제 1 탄성 접착제에는, 우레탄계 접착제를 사용하고, 압전 진동판의 주위를 봉지하는 제 2 탄성 접착제에는 실리콘계 접착제를 사용함으로써, 접착 불량이나 도전 불량을 초래하지 않고, 진동 특성이 양호한 압전형 전기 음향 변환기를 얻을 수 있다.
<발명의 실시형태>
도 1은 본 발명에 따른 표면 실장형의 압전형 전기 음향 변환기의 일례를 나타낸다.
이 실시형태의 전기 음향 변환기는 압전 수신기와 같이 넓은 레인지(range)의 주파수에 대응하는 용도에 적합한 것이며, 적층 구조의 압전 진동판(1)과 케이스(10)와 덮개판(20)을 구비하고 있다. 여기에서는, 케이스(10)와 덮개판(20)으로 케이싱이 구성된다.
진동판(1)은 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 2층의 압전 세라믹스층(1a, 1b)을 적층한 것이며, 진동판(1)의 표리 주면에는 주면 전극(2, 3)이 형성되고, 세라믹스층(1a, 1b) 사이에는 내부 전극(4)이 형성되어 있다. 2개의 세라믹스층(1a, 1b)은 굵은선 화살표로 나타내는 바와 같이 두께 방향에 있어서 동일 방향으로 분극되어 있다. 표면측의 주면 전극(2)과 이면측의 주면 전극(3)은 진동판(1)의 변 길이보다 약간 짧게 형성되고, 그 일단(一端)은 진동판(1)의 한쪽 단면에 형성된 단면 전극(5)에 접속되어 있다. 그 때문에, 표리의 주면 전극(2, 3)은 서로 접속되어 있다. 내부 전극(4)은 주면 전극(2, 3)과 거의 대칭 형상으로 형성되며, 내부 전극(4)의 일단은 상기 단면 전극(5)과 떨어져 있고, 타단(他端)은 진동판(1)의 타단면에 형성된 단면 전극(6)에 접속되어 있다. 한편, 진동판(1)의 타단부의 표리면에는, 단면 전극(6)과 도통하는 보조 전극(7)이 형성되어 있다.
진동판(1)의 표리면에는, 주면 전극(2, 3)을 덮는 수지층(8, 9)이 형성되어 있다. 이 수지층(8, 9)은 낙하 충격에 의한 진동판(1)의 깨어짐을 방지할 목적으로 형성된 보호층이다. 표리의 수지층(8, 9)에는, 진동판(1)의 대각의 코너부 근방에, 주면 전극(2, 3)이 노출되는 노치부(8a, 9a)와, 보조 전극(7)이 노출되는 노치부(8b, 9b)가 형성되어 있다.
한편, 노치부(8a, 8b, 9a, 9b)는 표리 한쪽에만 형성해도 되지만, 표리의 방향성을 없애기 위하여, 이 예에서는 표리면에 형성하고 있다.
또한, 보조 전극(7)은 일정 폭의 띠형상 전극으로 할 필요는 없고, 노치부(8b, 9b)에 대응하는 부위만 형성해도 된다.
여기에서는, 세라믹스층(1a, 1b)으로서 10㎜×10㎜×40㎛의 PZT계 세라믹스를 사용하고, 수지층(8, 9)으로서 두께가 3∼10㎛인 폴리아미드이미드계 수지를 사용하였다.
케이스(10)는 도 4∼도 10에 나타내는 바와 같이, 수지 재료로 바닥벽부(10a)와 4개의 측벽부(10b∼10e)를 갖는 4각형의 상자형으로 형성되어 있 다. 수지 재료로서는, LCP(액정 폴리머), SPS(신디오탁틱 폴리스티렌), PPS(폴리페닐렌 술파이드), 에폭시 등의 내열 수지가 바람직하다. 4개의 측벽부(10b∼10e) 중, 대향하는 2개의 측벽부(10b, 10d)의 내측에, 단자(11, 12)의 두 갈래형상의 내측 접속부(11a, 12a)가 노출되어 있다. 단자(11, 12)는 케이스(10)에 인서트 성형되어 있다. 케이스(10)의 외부에 노출된 단자(11, 12)의 외측 접속부(11b, 12b)가 측벽부(10b, 10d)의 외면을 따라서 케이스(10)의 바닥면측으로 절곡되어 있다(도 6참조).
케이스(10)의 내부의 4모퉁이부에는, 진동판(1)의 코너부 하면을 지지하기 위한 지지부(10f)가 형성되어 있다. 이 지지부(10f)는 상기 단자(11, 12)의 내측 접속부(11a, 12a)의 노출면보다 한 단 낮게 형성되어 있다. 그 때문에, 지지부(10f)상에 진동판(1)을 얹어 놓으면, 진동판(1)의 상면과 단자(11, 12)의 내측 접속부(11a, 12a)의 상면이 거의 동일 높이가 된다.
상기 지지부(10f)의 근방에는, 지지부(10f)보다 낮으며, 또한 진동판(1)의 하면과의 사이에서 소정의 틈새(D1)를 형성하는 받침대(10g)가 설치되어 있다. 다시 말하면, 받침대(10g)의 상면과 진동판(1)의 하면(지지부(10f)의 상면) 사이의 틈새(D1)는 후술하는 제 1 탄성 접착제(13)의 표면 장력에 의해, 제 1 탄성 접착제(13)가 유출되는 것을 막을 수 있는 칫수로 설정되어 있다. 도포시에 있어서의 제 1 탄성 접착제(13)의 점도가 6∼10Paㆍs인 경우, 틈새(D1)는 0.1㎜∼0.2㎜정도로 하는 것이 좋다. 이 실시형태에서는 틈새(D1)＝0.15㎜로 설정되어 있다.
또한, 케이스(10)의 바닥벽부(10a)의 주변부에는 후술하는 제 2 탄성 접착제(15)를 충전하기 위한 홈부(10h)가 형성되며, 이 홈부(10h)의 내측에, 지지부(10f)보다 낮은 흐름 방지용 벽부(10i)가 형성되어 있다. 이 흐름 방지용 벽부(10i)는 제 2 탄성 접착제(15)가 바닥벽부(10a)로 유출되는 것을 규제하는 것으로, 벽부(10i)의 상면과 진동판(1)의 하면(지지부(10f)의 상면) 사이의 틈새(D2)는 제 2 탄성 접착제(15)가 그 표면 장력에 의해 흐름이 막아지는 칫수로 설정되어 있다. 제 2 탄성 접착제(15)의 도포시의 점도가 0.5∼2.0Paㆍs인 경우, 틈새(D2)는 0.15∼0.25㎜로 하는 것이 좋다. 이 실시형태에서는, 틈새(D2)＝0.20㎜로 설정되어 있다.
이 실시형태에서는, 홈부(10h)의 바닥면은 바닥벽부(10a)의 상면보다 높은 위치에 있으며, 비교적 소량의 제 2 탄성 접착제(15)로 홈부(10h)가 채워지고, 또한 주위로 신속히 흘러 들어가도록, 홈부(10h)는 얕은 바닥으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 홈부(10h)의 바닥면으로부터 진동판(1)의 하면(지지부(10f)의 상면)까지의 높이(D3)＝0.30㎜로 설정되어 있다. 홈부(10h) 및 벽부(10i)는 받침대(10g)를 제외하는 바닥벽부(10a)의 주변부에 형성한 것이지만, 받침대(10g)의 내주측을 경유하여 바닥벽부(10a)의 전 둘레에 연속적으로 형성해도 된다.
또한, 지지부(10f) 및 받침대(10g)와 접하는 홈부(10h)의 종단부(終端部)는 다른 부분에 비하여 폭이 넓게 형성되어 있다. 그 때문에, 이 폭이 넓은 부분에서 잉여의 접착제(15)를 흡수하여, 접착제(15)가 진동판(1)상에 넘치는 것을 방지할 수 있다.
케이스(10)의 측벽부(10b∼10e)의 내면에는, 압전 진동판(1)의 4변을 가이드 하는 테이퍼 형상의 돌기부(10j)가 형성되어 있다. 돌기부(10j)는 각 측벽부(10b∼10e)에 각각 2개씩 형성되어 있다.
케이스(10)의 측벽부(10b∼10e)의 상측 가장자리 내면에는, 제 2 탄성 접착제(15)가 기어 오르는 것을 규제하기 위한 오목부(10k)가 형성되어 있다.
또한, 측벽부(10e) 근처의 바닥벽부(10a)에는, 제 1 방음 구멍(10l)이 형성되어 있다.
케이스(10)의 측벽부(10b∼10e)의 코너부 꼭대기면에는, 덮개판(20)의 모서리부를 끼워맞춰서 지지하기 위한 실질적으로 L자형의 위치 결정 볼록부(10m)가 형성되어 있다. 이들 볼록부(10m)의 내면에는, 덮개판(20)을 가이드하기 위한 테이퍼면(10n)이 형성되어 있다.
진동판(1)은 케이스(10)에 수납되고, 그 코너부가 지지부(10f)에 의해 지지된다. 이 때, 케이스(10)의 측벽부(10b∼10e)의 내면에 형성된 테이퍼 형상의 돌기부(10j)에 의해, 진동판(1)의 둘레 가장자리부가 가이드되기 때문에, 진동판(1)의 코너부가 지지부(10f)상에 정확하게 배치된다. 특히, 테이퍼 형상의 돌기부(10j)를 형성함으로써, 진동판(1)을 삽입하는 정밀도 이상으로 진동판(1)과 케이스(10)의 클리어런스(clearance)를 좁게 할 수 있으며, 그 결과, 제품 칫수를 작게 할 수 있다. 또한, 돌기부(10j)와 진동판(1)의 둘레 가장자리부의 접촉 면적이 작기 때문에, 진동판(1)의 진동이 저해되는 것을 방지할 수 있다.
진동판(1)을 케이스(10)에 수납한 후, 도 7에 나타내는 바와 같이 제 1 탄성 접착제(13)를 4부위에 도포함으로써, 진동판(1)은 단자(11, 12)의 내측 접속부(11a, 12a)에 고정된다. 즉, 대각 위치에 있는 노치부(8a)에 노출되는 주면 전극(2)과 단자(11)의 한쪽의 내측 접속부(11a) 사이, 및 노치부(8b)에 노출되는 보조 전극(7)과 단자(12)의 한쪽의 내측 접속부(12a) 사이에, 제 1 탄성 접착제(13)가 도포된다. 또한, 나머지 대각 위치에 있는 2부위에 대해서도 제 1 탄성 접착제(13)가 도포된다. 한편, 여기에서는 제 1 탄성 접착제(13)를 가로로 긴 타원형 또는 장원형(長圓形)으로 도포하였으나, 도포 형상은 이것에 한하는 것은 아니다. 제 1 탄성 접착제(13)로서는, 경화 후의 영률이 비교적 낮은 500×106Pa 이하의 접착제가 사용된다. 이것은 도 11에 나타내는 바와 같이, 진동판 중앙의 변위와 제 1 탄성 접착제(13)의 경화 후의 영률의 관계로부터, 진동판 중앙의 변위가 제 1 탄성 접착제(13)의 경화 후의 영률로부터 그다지 영향을 받지 않는 범위로 된다. 한편, 이 실시예에서는 3.7×106Pa의 우레탄계 접착제를 사용하였다. 제 1 탄성 접착제(13)를 도포한 후, 가열 경화시킨다.
제 1 탄성 접착제(13)를 도포했을 때, 그 점도가 낮기 때문에, 제 1 탄성 접착제(13)가 압전 진동판(1)과 단자(11, 12) 사이의 틈새를 지나서 바닥벽부(10a)로 흘러 떨어질 우려가 있다. 그러나, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 탄성 접착제(13)가 도포되는 영역에 있어서의 압전 진동판(1)의 하부에 받침대(10g)가 형성되고, 받침대(10g)와 압전 진동판(1) 사이의 틈새(D1)가 좁게 설정되어 있기 때문에, 제 1 탄성 접착제(13)의 표면 장력에 의해 그 흐름이 막아져서, 바닥벽부(10a)로의 유출이 방지된다. 게다가, 상기 틈새(D1)가 신속히 채워지기 때 문에, 잉여의 탄성 접착제(13)가 압전 진동판(1)과 단자(11, 12) 사이에 수북이 쌓여서 형성된다. 한편, 받침대(10g)와 압전 진동판(1) 사이에 틈새(D1)만큼의 탄성 접착제(13)의 층이 존재하기 때문에, 압전 진동판(1)이 필요 이상으로 구속되는 일이 없다.
제 1 탄성 접착제(13)를 경화시킨 후, 도전성 접착제(14)를 제 1 탄성 접착제(13)의 위를 교차하도록 타원형 또는 가늘고 긴 형상으로 도포한다. 도전성 접착제(14)로서는 특별히 제한은 없으나, 이 실시형태에서는 경화 후의 영률이 0.3×109Pa인 우레탄계 도전 페이스트를 사용하였다. 도전성 접착제(14)를 도포한 후, 이것을 가열 경화시킴으로써, 주면 전극(2)과 단자(11)의 내측 접속부(11a), 보조 전극(7)과 단자(12)의 내측 접속부(12a)를 각각 접속한다. 도전성 접착제(14)의 도포 형상은 타원형에 한하는 것은 아니며, 제 1 탄성 접착제(13)의 상면을 지나서 주면 전극(2)과 내측 접속부(11a), 보조 전극(7)과 내측 접속부(12a)를 접속할 수 있으면 된다. 제 1 탄성 접착제(13)가 수북이 쌓여 형성되기 때문에, 그 상면에 도전성 접착제(14)는 아치(arch) 형상으로 도포되어, 최단 경로를 우회하는 형태가 된다(도 9참조). 따라서, 도전성 접착제(14)의 경화 수축 응력은 제 1 탄성 접착제(13)에 의해 완화되어, 압전 진동판(1)에 대한 영향이 작아진다.
도전성 접착제(14)를 도포, 경화시킨 후, 제 2 탄성 접착제(15)를 진동판(1)의 주위 전 둘레와 케이스(10)의 내주부 사이의 틈새에 도포하여, 진동판(1)의 표면측과 이면측 사이의 공기 누설을 방지한다. 제 2 탄성 접착제(15)를 고리형상으 로 도포한 후, 가열 경화시킨다. 제 2 탄성 접착제(15)로서는, 경화 후의 영률이 30×106Pa 이하로 낮고, 또한 경화 전의 점도가 예를 들면, 0.5∼2Paㆍs정도로 낮은 열경화성 접착제가 사용된다. 이것은 도 12에 나타내는 바와 같이, 진동판 중앙의 변위와 제 2 탄성 접착제(15)의 경화 후의 영률의 관계로부터, 진동판 중앙의 변위가 제 2 탄성 접착제(15)의 경화 후의 영률로부터 그다지 영향을 받지 않는 범위로 된다.
한편, 여기에서는 3.0×105Pa의 실리콘계 접착제를 사용하였다.
제 2 탄성 접착제(15)를 도포했을 때, 그 점도가 낮기 때문에, 제 2 탄성 접착제(15)가 압전 진동판(1)과 케이스(10) 사이의 틈새를 지나서 바닥벽부(10a)로 흘러 떨어질 우려가 있다. 그러나, 도 10에 나타내는 바와 같이 진동판(1)의 둘레 가장자리부와 대향하는 케이스(10)의 내주부에 제 2 탄성 접착제(15)를 충전하기 위한 홈부(10h)가 형성되고, 이 홈부(10h)의 내측에 흐름 방지용 벽부(10i)가 형성되어 있기 때문에, 제 2 탄성 접착제(15)는 홈부(10h)로 들어가서, 주위로 널리 퍼진다. 진동판(1)과 흐름 방지용 벽부(10i) 사이에는 제 2 탄성 접착제(15)가 그 표면 장력에 의해 흐름이 막아지는 틈새(D2)가 형성되기 때문에, 제 2 탄성 접착제(15)가 바닥벽부(10a)로 흘러 떨어지는 것이 방지된다. 한편, 벽부(10i)와 압전 진동판(1) 사이에 틈새(D2)만큼의 탄성 접착제(15)의 층이 존재하기 때문에, 압전 진동판(1)의 진동이 억제되는 것을 방지할 수 있다.
이 실시형태에서는, 틈새(D2)를 틈새(D1)보다 약간 크게 하고 있다(D1＝0.15 ㎜, D2＝0.20㎜). 그 이유는, 제 1 탄성 접착제(13)는 압전 진동판(1)과 단자(11, 12)의 대향부에 부분적으로 도포되는 것에 비하여, 제 2 탄성 접착제(15)는 압전 진동판(1)의 거의 전 둘레에 도포되기 때문에, 제 2 탄성 접착제(15)에 의한 압전 진동판(1)에의 구속력을 최소한으로 하기 위하여, 제 2 탄성 접착제(15)가 유출되지 않는 범위에서 틈새(D2)를 가능한 한 크게 한 것이다. 한편, 틈새(D1)에 대해서는, 제 1 탄성 접착제(13)의 도포 위치가 한정되므로, D1을 작게 하더라도 구속력에 의한 영향은 낮고, 가능한 한 소량의 접착제(13)로 압전 진동판(1)과 단자(11, 12) 사이에 쌓임부를 형성할 수 있도록 틈새(D1)를 설정하고 있다.
제 2 탄성 접착제(15)를 도포했을 때, 그 일부가 케이스(10)의 측벽부(10b∼10e)를 타고 올라가서, 측벽부의 꼭대기면에 부착할 가능성이 있다. 제 2 탄성 접착제(15)가 실리콘계 접착제와 같이 이형성(離型性)이 있는 봉지제인 경우, 후에 덮개판(20)을 측벽부(10b∼10e)의 꼭대기면에 접착할 때에 접착 강도가 저하될 우려가 있다. 그러나, 측벽부(10b∼10e)의 상측 가장자리 내면에는, 제 2 탄성 접착제(15)가 기어 오르는 것을 규제하기 위한 오목부(10k)가 형성되어 있기 때문에, 제 2 탄성 접착제(15)가 측벽부의 꼭대기면에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 진동판(1)을 케이스(10)에 부착한 후, 케이스(10)의 측벽부 꼭대기면에 덮개판(20)이 접착제(21)에 의해 접착된다. 접착제(21)로서는, 에폭시계 등의 공지의 접착제를 사용해도 되지만, 제 2 탄성 접착제(15)가 실리콘계 접착제인 경우에는, 실록산 가스에 의한 피막이 케이스(10)의 측벽부 꼭대기면에 부착할 가능성이 있기 때문에, 그 경우에는 접착제(21)로서 실리콘계 접착제를 사용하면 된다. 덮개판(20)은 케이스(10)와 동일한 재료로 평판 형상으로 형성되어 있다. 덮개판(20)의 둘레 가장자리부가 상기 케이스(10)의 측벽부 꼭대기면에 돌출되어 형성된 위치 결정용 볼록부(10m)의 내측 테이퍼면(10n)에 걸어맞춰져서, 정확하게 위치 결정된다. 덮개판(20)을 케이스(10)에 접착함으로써, 덮개판(20)과 진동판(1) 사이에 음향 공간이 형성된다. 덮개판(20)에는, 제 2 방음 구멍(22)이 형성되어 있다.
상기와 같이 하여 표면 실장형의 압전형 전기 음향 변환기가 완성된다.
이 실시형태의 전기 음향 변환기에서는, 단자(11, 12) 사이에 소정의 교번 전압(교류 신호 또는 직사각형파 신호)을 인가함으로써, 진동판(1)을 면적 굴곡 진동시킬 수 있다. 분극 방향과 전계 방향이 동일 방향인 압전 세라믹스층은 평면 방향으로 줄어들고, 분극 방향과 전계 방향이 반대 방향인 압전 세라믹스층은 평면 방향으로 늘어나므로, 전체적으로 두께 방향으로 굴곡한다.
이 실시형태에서는, 진동판(1)이 세라믹스의 적층 구조체이며, 두께 방향으로 순서대로 배치된 2개의 진동 영역(세라믹스층)이 서로 반대 방향으로 진동하는 바이모르프 구조이기 때문에, 유니모르프(unimorph)형 진동판에 비하여 큰 변위량, 다시 말하면 큰 음압을 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다.
제 2 탄성 접착제의 도포 영역은 실시형태와 같은 진동판(1)의 주위 전 둘레 에 한하는 것은 아니며, 진동판(1)과 케이스(10) 사이의 틈새를 봉지할 수 있는 영역에 도포하면 된다.
상기 실시형태의 압전 진동판(1)은 2층의 압전 세라믹스층을 적층한 것이지만, 3층 이상의 압전 세라믹스층을 적층한 것이어도 된다.
또한, 압전 진동판으로서, 압전 세라믹스층의 적층체에 한하지 않고, 금속판의 한쪽면 또는 양면에 압전판을 부착한 공지의 유니모르프형 또는 바이모르프형 진동판을 사용해도 된다.
본 발명의 케이싱은 실시형태와 같은 오목 단면 형상의 케이스(10)와, 그 상면 개구부에 접착되는 덮개판(20)으로 구성된 것에 한하지 않고, 예를 들면 하면이 개구한 캡(cap)형상의 케이스와, 이 케이스의 하면에 접착되는 기판으로 구성해도 된다.
이상의 설명으로 명백하듯이, 본 발명에 따르면, 케이싱의 내주부이며, 제 1 탄성 접착제의 도포 영역에 있어서의 압전 진동판의 하부에 받침대를 형성하고, 제 1 탄성 접착제를 진동판과 단자 사이에 도포했을 때, 제 1 탄성 접착제는 받침대와 진동판 사이의 틈새로 흘러 들어가고, 그 표면 장력에 의해 유동이 막아지도록 하였기 때문에, 점성이 낮은 제 1 탄성 접착제를 사용하더라도 케이싱의 바닥벽부측으로 흘러 떨어지는 일이 없다. 게다가, 받침대와 진동판 사이의 틈새는 좁게 설정되어 있기 때문에, 그 틈새는 즉시 채워지며, 잉여의 접착제를 수북이 쌓아 올릴 수 있다. 그 때문에, 제 1 탄성 접착제의 경화 후, 그 위에 도전성 접착제를 도포 했을 때, 도전성 접착제는 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부와의 최단 경로를 우회하게 되므로, 도전성 접착제의 경화 수축 응력이 제 1 탄성 접착제에 의해 완화된다. 그 결과, 진동판의 일그러짐을 확실하게 방지할 수 있으며, 주파수 특성을 안정화시킴과 동시에, 진동판의 진동에 의한 도전성 접착제의 크랙 발생 등을 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 전극간에 교번(交番) 신호를 인가함으로써 판두께 방향으로 면적 굴곡 진동하는 사각형의 압전 진동판과,
    내주부(內周部)에 압전 진동판의 4개의 코너부 하면을 지지하는 지지부를 갖는 케이싱(casing)과,
    상기 지지부 근방에 내부 접속부가 노출되도록 케이싱에 고정된 단자와,
    상기 압전 진동판의 외주부(外周部)와 단자의 내부 접속부 사이에 도포되어, 압전 진동판을 케이싱에 대하여 유지하는 제 1 탄성 접착제와,
    압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부 사이에, 제 1 탄성 접착제의 상면을 지나서 도포되어, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부를 전기적으로 접속하는 도전성 접착제와,
    압전 진동판의 외주부와 케이싱의 내주부 사이의 틈새를 봉지(封止)하는 제 2 탄성 접착제를 구비한 압전형 전기 음향 변환기로서,
    상기 케이싱의 내주부이며, 상기 제 1 탄성 접착제가 도포되는 영역에 있어서의 압전 진동판의 하부에, 상기 지지부보다 낮고 또한 압전 진동판의 하면과의 사이에서 제 1 탄성 접착제의 유동이 막아지는 틈새를 형성하는 받침대를 설치한 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱의 내주부에, 상기 제 2 탄성 접착제를 모으 기 위한 홈부를 형성하고,
    상기 홈부의 내주측에, 상기 지지부보다 낮고, 상기 제 2 탄성 접착제가 케이싱의 바닥벽부로 유출되는 것을 규제하는 흐름 방지용 벽부를 형성한 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 탄성 접착제의 경화 후의 영률(Young's modulus)은 500×106Pa 이하이고, 상기 제 2 탄성 접착제의 경화 후의 영률은 30×106Pa 이하인 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 탄성 접착제는 우레탄계 접착제이고,
    상기 제 2 탄성 접착제는 실리콘계 접착제인 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 받침대의 상면과 상기 진동판의 하면 사이의 틈새는 상기 제 1 탄성 접착제의 표면 장력에 의해 제 1 탄성 접착제가 유출되는 것을 막을 수 있는 칫수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 흐름 방지용 벽부의 상면과 상기 진동판의 하면 사 이의 틈새는 상기 제 2 탄성 접착제가 그 표면 장력에 의해 흐름이 막아지는 칫수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기.
  7. 전극간에 교번 신호를 인가함으로써 판두께 방향으로 면적 굴곡 진동하는 사각형의 압전 진동판을 준비하는 공정과,
    내주부에 압전 진동판의 4개의 코너부 하면을 지지하는 지지부와, 이 지지부 근방에 지지부보다 낮으며 또한 압전 진동판의 하면과의 사이에서 제 1 탄성 접착제의 유동이 막아지는 받침대가 형성되고, 상기 지지부 근방에 내부 접속부가 노출된 단자가 고정된 케이싱을 준비하는 공정과,
    압전 진동판의 외주부와 내부 접속부 사이이며, 압전 진동판과 내부 접속부 사이에 제 1 탄성 접착제를 도포하여 경화시켜서, 압전 진동판을 케이싱에 대하여 유지하는 공정과,
    압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부 사이에, 제 1 탄성 접착제의 상면을 지나서 도전성 접착제를 도포하여 경화시켜서, 압전 진동판의 전극과 단자의 내부 접속부를 전기적으로 접속하는 공정과,
    압전 진동판의 외주부와 케이싱의 내주부 사이의 틈새에 제 2 탄성 접착제를 도포하여 경화시켜서, 양자 사이를 봉지하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전형 전기 음향 변환기의 제조 방법.
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