KR100602907B1 - 복합 진동 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

복합 진동 장치는 진동 부재를 정의하고 제1음향 임피던스를 가진 재질로 된 압전 소자, 상기 압전 소자 각각의 단면에 연결되고 각각이 상기 제1음향 부재보다 낮은 제2음향 임피던스를 가진 재질로 된 제1 및 제2반사층, 그리고 제1 및 제2지지 부재를 포함한다. 제1 및 제2지지 부재 각각은 제2음향 임피던스 보다 높은 음향 임피던스를 가진 재질로 되어 있고 제1 및 제2반사층 각각의 외부면에 연결되어 있다. 상기 압전 소자로부터 전파된 진동은 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다.
복합 진동 장치, 압전 소자, 음향 임피던스, 반사층, 지지 부재, 진동 부재, 유한요소법, 진동 특성, 전파 방향, 에너지-트랩

Description

복합 진동 장치{Composite vibration device}
도 1a 및 1b는 본 발명의 제1 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치로서 압전 공진기를 나타내는 사시도 및 종단면도이다.
도 2는 유한요소법(finite element method) 분석에서 얻은 압전 공진기의 변위 분포를 도시하는 개략적인 종단면도이다.
도 3은 기판에 탑재된 압전 공진기의 사시도이다.
도 4는 압전 공진기가 기판에 탑재되기 전에 얻은 압전 공진기의 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 압전 공진기가 기판에 탑재된 후에 얻은 압전 공진기의 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치의 일반 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진기의 음향 임피던스 비 Z2/Z1 및 공진 주파수 변화율간 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 압전 공진기의 음향 임피던스 비 Z2/Z1 및 상대 대역폭 변화율간 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 압전 공진기의 음향 임피던스 비 Z2/Z3 및 공진 주파수 변화율간 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10은 압전 공진기의 음향 임피던스 비 Z2/Z3 및 상대 대역폭 변화율간 관계를 도시하는 그래프이다.
도 11은 압전 공진기의 종 방향에 있는 각 반사층의 길이 및 다른 음향 임피던스를 가진 반사층들을 이용하는 경우에 얻은 공진 주파수의 변화율간 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 압전 공진기의 종 방향에 있는 각 반사층의 길이 및 다른 음향 임피던스를 가진 반사층들을 이용하는 경우에 얻은 상대 대역폭의 변화율간 관계 나타내는 그래프이다.
도 13은 각 반사층의 두께, 또는 동등하게 압전 공진기의 종 방향에 있는 반사층의 길이를 변화시키는 경우에 얻은 공진 주파수의 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 14는 각 반사층의 두께, 또는 동등하게 압전 공진기의 종 방향에 있는 반사층의 길이를 변화시키는 경우에 얻은 상대 대역폭의 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 15는 각 반사층에 연결된 진동 부재의 표면적이 S1으로 설정되고 진동 부재에 연결된 각 반사층의 표면적 또는 동등하게 반사층이 진동 부재와 접촉하는 면적이 S2로 설정된 경우, 면적비 S2/S1를 변화시킴으로써 얻은 공진 주파수의 변화율 을 나타내는 그래프이다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 제2 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진기의 사시도 및 부분 종단면도이다.
도 17은 기판에 탑재된 제2 바람직한 실시형태의 압전 공진기의 사시도이다.
도 18은 제2 바람직한 실시형태의 압전 공진기가 기판에 탑재되기 전에 얻은 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 19는 제2 바람직한 실시형태의 압전 공진기가 기판에 탑재된 후에 얻은 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 표본 응용예로서 2개의 압전 공진기를 포함하는 필터를 나타내는 분해 사시도이다.
도 21은 본 발명의 제3 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치로서 두께-전단 모드를 이용하는 압전 공진기를 나타내는 사시도이다.
도 22는 압전 공진기가 탑재 기판에 탑재되는 경우 제3 바람직한 실시형태의 압전 공진기의 사시도이다.
도 23은 제3 바람직한 실시형태의 압전 공진기가 기판에 탑재되는 경우에 얻은 공진 특성을 도시하는 그래프이다.
도 24는 본 발명에 따른 진동 장치의 변형 실시예로서 두께 종진동 모드를 이용하는 압전 공진기를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 25는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예로서 두께 종진동 모드를 이용하는 다층 압전 공진기를 나타내는 개략적인 단면도 이다.
도 26a 내지 26c는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 길이 모드를 이용하는 압전 공진기의 변형 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 27은 길이 모드를 이용하는 압전 소자의 진동이 전파하는 방향에 실질적으로 수직인 반사층들의 구조에서 유한요소법의 분석에서 얻은 압전 공진기의 변위 분포를 도시한다.
도 28a 및 28b는 반사층 및 지지 부재가 두께 종진동 모드를 이용하는 압전 소자의 각 측면에 연결되는 압전 공진기의 변형 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 29는 진동 부재로서 두께 뒤틀림 모드를 이용하는 압전 소자를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예로서 압전 공진기의 개략적인 단면도이다.
도 30은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예로서 탄성 표면파 공진기를 나타내는 평면도이다.
도 31a 내지 31c는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예로서 두께-전단 모드를 이용하는 압전 공진기를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 32a 내지 32c는 제1 및 제2진동 부재를 가진 각각의 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 블럭도이다.
도 33은 제1 및 제2진동 부재를 가진 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예를 나타내는 개략적인 블럭도이다.
도 34는 기판에 탑재된 종래 에너지-트랩(energy-trap) 압전 공진기를 나타내는 개략적인 부분 종단면도이다.
도 35는 종래의 탄성 벌크파 필터의 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 36은 본 발명에 따른 진동 장치의 실시형태의 사시도이다.
도 37은 유한요소법의 분석에서 얻은 도 36의 진동 장치의 변위 분포를 도시하는 개략적인 수직 단면도이다.
도 38은 도 36의 압전 공진기의 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 39는 본 발명의 다른 변형 실시예로서 두께 종진동 모드의 압전 공진기의 사시도이다.
도 40a 및 40b는 본 발명에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예의 수직 단면도이다.
도 41a 및 41b는 본 발명에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예의 정면 단면도이다.
도 42a 및 42b는 본 발명에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예를 도시한 수직 단면도이다.
도 43a 및 43b는 본 발명에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예를 도시한 정면 단면도이다.
도 44a 및 44b는 본 발명에 따른 진동 장치의 변형 실시예를 도시한 수직 단면도이다.
도 45a 및 45b는 본 발명에 따른 진동 장치의 다른 변형 실시예를 도시한 정면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1:공진기 37:압전 전극
3, 4:반사층 39a 내지 39c:절연 재질
5, 6:지지 부재 51, 52:절연 접착제
31, 61:압전 공진기 53:기판
32, 62:압전 소자 55:금속 캡
32a 내지 32f:여진 전극 89, 90:단자 전극
본 발명은 진동 부재의 진동 특성에 거의 영향을 주지 않으면서 다양한 진동 부재를 지지하는 복합 진동 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 압전 소자, 전왜(electrostrictive) 소자, 또는 기타 적절한 소자가 진동 부재로 이용되는 복합 진동 장치에 관한 것이다.
종래에는, 압전 진동 부품은 공진기, 필터, 및 기타 전자 부품에서 널리 이용되어 왔다. 예를 들어, 압전 공진기는 타겟 공진 주파수를 얻기 위해 다양한 진동 모드를 이용한다. 이런 진동 모드로는, 두께 종진동, 두께-전단 진동, 길이 진동, 폭 진동, 신장 진동, 굴곡 진동, 및 기타 모드가 알려져 있다.
이런 압전 공진기의 지지 구조는 진동 모드의 형태에 따라 다양하다. 두께 종진동 및 두께-전단 진동을 이용하는 에너지-트랩(energy-trap) 압전 공진기는 그 양단에 기계적으로 지지를 받는다. 도 34는 두께-전단 진동을 이용하는 에너지-트랩 압전 공진기의 실시예이다. 압전 공진기(201)에서, 공진 전극(203)은 스트립-형태의 구성을 갖는 압전 플레이트(202)의 상면에 형성되어 있고, 공진 전극(204)은 그 저면에 형성되어 공진 전극(203)에 대향하여 배치되어 있다. 공진 전극(203 및 204)는 압전 스트립(202)의 종방향의 중심 부분에서 서로 대향된다. 이에 대한 대향 부분은 에너지-트랩 압전 진동부를 정의한다. 결과적으로, 진동은 압전 진동부에서 트랩된다. 따라서, 압전 공진기(201)는 압전 진동부의 진동에 영향을 주지 않으면서 그 양단에서 기계적 지지를 받는다.
그러나, 에너지-트랩 압전 공진기(201)에서, 진동 에너지는 압전 진동부에 트랩되지만, 상대적으로 큰 공간을 필요로 하는 진동 감쇠부는 압전 진동부의 외측면에 형성되어야 한다. 결과적으로, 예를 들어, 두께-전단 모드를 이용하는 압전 공진기 스트립(201)의 길이가 증가되어야 한다.
한편, 길이 진동, 폭 진동, 신장 진동 및 굴곡 진동을 이용하는 압전 공진기에서는 에너지-트랩 압전 진동부를 만들 수 없다. 따라서, 공진 특성에 미치는 어떠한 영향을 막기 위해서는, 금속 스프링 단자가 압전 공진기의 진동 노드(node)와 접촉할 수 있도록 상기 단자가 이용된다. 이런 배열은 지지 구조의 형성을 허용한다.
일본 무심사 특허공개공보 제10-270979호에서, 탄성 벌크파 필터(211)는 도 35에 도시된 바와 같이 형성된다. 벌크 탄성파 필터(211)에서, 다수의 필름이 기판(212)에 쌓여 있다. 다시 말해서, 압전층(213)은 다층 구조로 형성된다. 압전층(213)의 상면 및 저면에, 쌓인 전극(214 및 215)이 형성되어 압전 공진기를 정의한다. 게다가, 압전 공진기의 저면에, 실리콘, 폴리실리콘, 또는 기타 적절한 재질로 된 필름이 상층(216), 중층(217), 및 저층(218)으로 구성된 다층 구조를 가진 음향 미러(219)를 정의하기 위해 형성된다. 이 경우에, 중층(217)의 음향 임피던스는 상층(216) 및 저층(218)의 음향 임피던스보다 더 높다. 음향 미러(219)는 압전 공진기에 의해 생성된 진동의 기판(212)으로의 전파를 차단한다.
게다가, 동일한 구조를 가진 음향 미러(220)는 압전 공진기의 상측부에 쌓인다. 패시베이션(passivation) 필름(221)은 음향 미러(220)에 형성된다. 패시베이션 필름(221)은 에폭시, SiO2, 또는 기타 적절한 재질과 같은 보호 재질로 되어 있다.
이런 종래의 에너지-트랩 압전 공진기에서, 진동 감쇠부는 압전 진동부의 외측에 형성되어야 한다. 따라서, 공진기가 접착제로 기계적 지지를 받는다고 하더라도, 압전 공진기(201)의 크기는 증가하게 된다.
게다가, 길이 진동 모드 및 신장 진동 모드를 이용하는 비-에너지-트랩 압전 공진기는 진동 감쇠부가 필요하지 않다. 그러나, 공진기가 접착제, 솔더, 또는 기타 고정 재질로 고정되어 지지받는 경우에 압전 공진기의 공진 특성은 저하된다. 결과적으로, 공진기는 스프링 단자에 의해 지지를 받아야 하기 때문에, 지지 구조 는 복잡해디고 많은 부품이 필요하게 된다.
상기 기술한 바와 같이, 일본 무심사 특허공개공보 제10-270979호에 개시된 탄성 벌크파 필터에서, 다수의 필름이 압전 공진기를 정의하기 위해 기판(212)에 쌓이고, 음향 미러(219)는 그 기판으로부터 압전 공진기를 격리시킨다. 따라서, 압전 공진기는 음향 격리되어 기판(212)에 다층 구조를 가진 음향 미러(219)에 의해 지지를 받는다.
그러나, 탄성 벌크파 필터(211)에서, 기판(212)에, 저면 음향 미러(219), 압전 공진기, 및 압전 필터를 정의하는 다층 구조를 형성하기 위해 많은 층들이 쌓여야 하며, 또한 많은 층들이 상면 음향 미러(220)를 정의하기 위해 쌓여야 한다. 게다가, 필터의 상부에, 패시베이션 필름(221)이 배열되어야 한다. 결과적으로, 필터의 구조는 복잡해지고, 공진기가 다층 구조에 의해 정의되기 때문에 압전 공진기의 진동 모드는 제한된다.
상기 진술한 바와 같이, 종래에는, 압전 공진기와 같은 진동원이 진동 특성을 저하시키지 않으면서 지지를 받는 경우, 공진기의 진동 모드에 대한 제한이 있게 되고, 부품 크기가 증가하며, 그리고 그 구조가 복잡해진다.
상기 기술된 문제들을 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 진동 부재의 진동 특성에 거의 또는 전혀 영향을 주지 않으면서 다양한 진동 모드를 생성하는 진동 부재를 이용하는 상대적으로 간단한 구조에 의해 지지를 받는 복합 진동 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 바람직한 실시형태에 따르면, 복합 진동 장치는 진동 생성원으로서 제1음향 임피던스 Z1을 가진 재질로 된 진동 부재, 상기 진동 부재의 각 측면에 연결되고 제1음향 임피던스 Z1보다 더 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가진 재질로 된 각각의 제1 및 제2반사층, 및 각각은 제2음향 임피던스 Z2보다 더 높은 제3음향 임피던스 Z3를 가진 재질로 되어 있고 상기 진동 부재에 연결된 측면에 대향하는 상기 반사층의 측면에 연결되어 있는 지지 부재를 포함한다. 이 복합 진동 장치에서, 상기 진동 부재에서 상기 반사층으로 전파된 진동이 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 복합 진동 장치는 진동 생성원으로서 제1음향 임피던스 Z1을 가진 재질로 된 진동 부재, 상기 진동 부재의 측면에 연결되고 상기 제1음향 임피던스 Z1보다 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가진 재질로 된 반사층, 및 상기 제2음향 임피던스 Z2보다 높은 제3음향 임피던스 Z3를 가진 재질로 되고 상기 진동 부재에 연결된 측면에 대향하는 상기 반사층의 측면에 연결되어 있는 지지 부재를 포함한다. 이 복합 진동 장치에서, 상기 진동 부재에서 상기 반사층으로 전파된 진동은 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다.
제1음향 임피던스 Z1에 대한 제2음향 임피던스 Z2의 비 Z2/Z1은 약 0.2 또는 그 미만인 것이 바람직하고, 약 0.1 또는 그 미만인 것이 보다 더 바람직하다.
게다가, 제3음향 임피던스 Z3에 대한 제2음향 임피던스 Z2의 비 Z2/Z3 은 약 0.2 또는 그 미만인 것이 바람직하고, 약 0.1 또는 그 미만인 것이 보다 더 바람직하다.
게다가, 진동 부재는 전기-기계 에너지 변환 소자로 정의되는 것이 바람직하다. 또한, 전기-기계 에너지 변환 소자는 압전 소자 또는 전왜 소자로 정의된다.
본 발명의 바람직한 실시형태의 복합 진동 장치는 제1 및 제2반사층중 적어도 하나에 연결된 측면에 대향하는 제1 및 제2지지 부재중 적어도 하나의 측면에 순서대로 연결되어 있는 제3반사층, 제2진동 부재, 제4반사층, 및 제3지지부재를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 바람직한 실시형태에 따르면, 복합 진동 장치는 진동 생성원을 정의하고 각각이 제1음향 임피던스 Z1을 가진 재질로 된 제1 및 제2진동 부재, 각각이 제1음향 임피던스 Z1보다 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가진 재질로 된 제1 내지 제3반사층, 및 각각이 제2음향 임피던스 Z2보다 높은 제3음향 임피던스 Z3을 가진 재질로 된 제1 및 제2지지 부재를 포함한다. 이 복합 진동 장치에서, 제1지지 부재, 제1반사층, 제1진동 부재, 제2반사층, 제2진동 부재, 제3반사층, 및 제2지지 부재는 순서대로 연결되고, 그리고 제1 및 제2진동 부재에 의해 생성된 진동은 제1반사층 및 제1지지 부재간 인터페이스, 제3반사층 및 제2지지 부재간 인터페이스, 그리고 제2반사층 및 제1과 제2진동 부재간 인터페이스에서 반사된다.
게다가, 반사층은 다른 음향 부재를 가진 재질로 된 다수의 층을 쌓으므로써 형성될 수 있다.
게다가, 하나의 진동 부재만으로 생성된 진동 파장이 λ로 나타내는 경우, 반사층 및 진동 부재간 인터페이스에서 반사층 및 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 범위가 nㆍλ/4 ±λ/8인 것이 바람직하며, 여기서 기호 n은 기수를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치에서, 기호 A가 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 기호 C가 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 방향 A, B, 및 C는 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 방향 A, B, 및 C는 실질적으로 서로 평행하게 배열될 수 있거나, 방향 A는 실질적으로 방향 B에 평행하지만 방향 B는 실질적으로 방향 C에 수직일 수 있다. 대조적으로, 방향 A는 실질적으로 방향 B에 수직이지만 방향 B는 실질적으로 방향 C에 평행할 수 있다. 선택적으로, 방향 A는 방향 B에 실질적으로 수직일 수 있고, 방향 B는 실질적으로 방향 C에 수직일 수 있다.
본 발명의 제3 바람직한 실시형태에 따르면, 복합 진동 장치는 진동 생성원을 정의하고 제1음향 임피던스 Z1을 가진 재질로 된 진동 부재, 상기 진동 부재 각 측면에 연결되고 각각이 제1음향 임피던스 Z1보다 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가진 재질로 된 제1 및 제2반사층, 및 각각이 제2음향 임피던스 Z2보다 높은 제3음향 임피던스 Z3를 갖는 재질로 되고 상기 진동 부재에 연결된 측면에 대향하는 반사층의 측면에 연결된 지지 부재를 포함한다. 이 복합 진동 장치에서, 기호 S1가 각 반사층에 연결된 진동 부재의 표면적을 나타내고 기호 S2가 진동 부재에 연결된 각 반사층의 표면적을 나타내는 경우, 면적비 S2/S1는 약 1 또는 그미만인 것이 바람직하고, 진동 부재에서 각 반사층으로 전파되는 진동은 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다.
제1음향 임피던스 Z1에 대한 제2음향 임피던스 Z2의 비 Z2/Z1는 약 0.2 또는 그 미만인 것이 바람직하고, 약 0.1 또는 그 미만인 것이 보다 더 바람직하다.
게다가, 제3음향 임피던스 Z3에 대한 제2음향 임피던스 Z2의 비 Z2/Z3 는 약 0.2 또는 그 미만인 것이 바람직하고, 약 0.1 또는 그 미만인 것이 보다 더 바람직하다.
게다가, 진동 부재는 전기-기계 에너지 변환 소자로 정의되는 것이 바람직하다. 게다가, 전기-기계 에너지 변환 소자는 압전 소자 또는 전왜 소자로 정의되는 것이 바람직하다.
추가로, 복합 진동 장치는 또한 제1 및 제2반사층중 적어도 하나에 연결된 측면에 대향하는 제1 및 제2지지 부재중 적어도 하나의 측면에 순서대로 연결되어 있는 제3반사층, 제2진동 부재, 제4반사층, 및 제3지지 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 바람직한 실시형태에 따르면, 복합 진동 장치는 진동 생성원 을 정의하고 각각이 제1음향 임피던스 Z1을 가진 재질로 된 제1 및 제2진동 부재, 각각이 제1음향 임피던스 Z1보다 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가진 재질로 된 제1 내지 제3반사층, 및 각각이 제2음향 임피던스 Z2보다 높은 제3음향 임피던스 Z3를 가진 재질로 된 제1 및 제2지지 부재를 포함한다. 이 복합 진동 장치에서, 제1지지 부재, 제1반사층, 제1진동 부재, 제2반사층, 제2진동 부재, 제3반사층, 및 제2지지 부재는 순서대로 연결되고, 기호 S1가 각 반사층에 연결된 진동 부재의 표면적을 나타내고 기호 S2가 진동 부재에 연결된 각 반사층의 표면적을 나타내는 경우, 면적비 S2/S1는 약 1 또는 그미만인 것이 바람직하며, 그리고 제1 및 제2진동 부재에 의해 생성된 진동은 제1반사층 및 제1지지 부재간 인터페이스, 제3반사층 및 제2지지 부재간 인터페이스, 그리고 제2반사층 및 제1과 제2진동 부재간 인터페이스에서 반사된다.
게다가, 반사층은 다른 음향 부재를 가진 재질로 된 다수의 층을 쌓으므로써 형성될 수 있다.
하나의 진동 부재만으로 생성된 진동 파장이 λ로 나타내는 경우, 반사층 및 진동 부재간 인터페이스에서 반사층 및 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 범위가 nㆍλ/4 ±λ/8인 것이 바람직하며, 여기서 기호 n은 기수를 나타낸다.
본 발명의 제4 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치에서, 기호 A가 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 진동 부재를 통해 전파하는 진 동의 방향을 나타내며, 기호 C가 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 방향 A, B, 및 C는 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 방향 A, B, 및 C는 실질적으로 서로 평행하게 배열될 수 있거나, 방향 A는 실질적으로 방향 B에 평행하지만 방향 B는 실질적으로 방향 C에 수직일 수 있다. 대조적으로, 방향 A는 실질적으로 방향 B에 수직이지만 방향 B는 실질적으로 방향 C에 평행할 수 있다. 선택적으로, 방향 A는 실질적으로 방향 B에 수직일 수 있고, 방향 B는 실질적으로 방향 C에 직교할 수 있다.
본 발명의 기타 특징, 소자, 단계, 특성 및 이점은 첨부 도면을 참조로 바람직한 실시형태의 다음의 상세한 설명으로부터 분명해진다.
(본 발명의 바람직한 실시 형태들)
도 1a 및 1b는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치로서 압전 공진기를 나타내는 사시도 및 종단면도이다.
압전 공진기(1)는 진동 부재를 정의하는 스트립-형태의 압전 소자(2), 압전 소자(2)의 각 종단에 연결된 반사층(3 및 4), 및 반사층(3 및 4)의 외부 측면에 연결된 지지 부재(5 및 6)을 포함한다.
이런 바람직한 실시형태에서, 기호 S1은 압전 소자(2)의 단면(2a 및 2b) 각각이 반사층(3 및 4) 각각에 연결되는 부분의 면적을 나타내고, 기호 S2는 반사층(3 및 4) 각각이 압전 소자(2)에 연결되는 부분의 면적 즉, 압전 소자(2)가 반사층(3 및 4) 각각에 접촉하는 부분의 면적을 나타내는 경우, 면적비 S2/S1는 약 1인 것이 바람직하다. 다시 말해서, 압전 소자(2)의 단면 모양은 압전 소자(2)에 연결된 반사층(3 및 4)의 표면의 형태와 실질적으로 동일하고, 단면 표면에 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 발명자들은 반사층에 연결된 진동 부재의 단면적 및 반사층 각각이 진동 부재의 단면의 진동 부재에 연결되어 반사층에 연결되는 면적 즉, 진동 부재 및 각각의 반사층이 서로 접촉하는 부분의 면적 S2를 다양하게 변화시켜 공진 주파수의 변화율을 측정했다. 상기 시험 실시예에서 이용된 압전 공진기(1)에서, 반사층(3 및 4) 각각이 압전 소자(2)의 단면(2a 및 2b)에 연결되는 부분의 면적이 다양한 크기로 변화되어 다양한 압전 공진기를 형성하고 이에 대한 공진 주파수를 측정했다. 시험 결과는 도 15에 도시되어 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 면적비 S2/S1는 약 1 또는 그 미만인 경우, 공진 주파수의 변화율은 약 0.4% 또는 그 미만이다. 그러나, 비 S2/S1는 약 1보다 큰 경우, 변화율은 상당히 증가한다. 따라서, 분명하게는, 비 S2/S1를 약 1 또는 그 미만으로 설정하면 진동 부재의 진동 특성에 대해 반사층(3 및 4) 및 지지 부재(5 및 6)로 지지를 받는 구조의 영향을 보다 효과적으로 줄일 수 있다.
압전 소자(2)는 티탄산염 납으로 된 것이 바람직하고 그 음향 임피던스 Z는 공식 3.4 ×107kg/(m2ㆍs)로 표현된다. 압전 소자(2)는 화살표 P가 지시하는 방향 즉, 종방향으로 분극된다.
압전 소자(2)는 상면, 저면, 한 쌍의 측면은 실질적으로 직사각형 모양을 갖는 스트립-형태의 구성을 하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 압전 소자(2)는 정방형 막대와 닮은 구성을 하는 것이 바람직하다. 압전 소자(2)의 서로 대향하는 단면(2a 및 2b) 쌍에, 여진 전극(7 및 8)이 형성된다. 여진 전극(7 및 8)로부터 AC 전압의 인가와 함께, 압전 소자(2)는 단면(2a 및 2b)이 종방향으로 배치되는 길이 모드로 진동한다. 다시 말해서, 압전 소자(2)는 길이 모드를 이용하는 압전 공진 소자이다. 압전 공진기(1)의 상면에, 단자 전극(9 및 10)이 형성되어 여진 전극(7 및 8)에 전기적으로 연결된다. 단자 전극(9 및 10)은 압전 공진기(1)의 상면에서 지지 부재(5 및 6)의 외부 단면(5a 및 6a)으로 신장하도록 배열되어 압전 공진기(1)의 단면을 정의한다. 결과적으로, 압전 공진기(1)는 단자 전극(9 및 10)과 함께 인쇄 회로 기판이나 기타 적절한 전자 부품에 용이하게 표면-탑재된다. 이런 바람직한 실시형태에서, 반사층(3 및 4) 각각은 약 1.87 ×106kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스를 가진 에폭시 수지로 된 것이 바람직하다. 지지 부재(5 및 6) 각각은 약 3.4 ×107kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스를 가진 세라믹으로 된 것이 바람직하다.
종래에는, 길이 모드를 이용하는 압전 공진 소자에서, 진동이 종방향으로 전파하고, 전파 방향은 분극 방향 P에 실질적으로 평행하다. 따라서, 실질적으로 진동에는 어떠한 영향을 주지 않으면서, 단면(2a 및 2b)을 이용하는 공진기 소자를 지지하는 것은 불가능하다.
그러나, 이런 바람직한 실시형태에서, 반사층(3 및 4) 및 지지 부재(5 및 6) 가 형성되어 있다. 따라서, 길이 모드를 이용하는 압전 소자(2)의 진동 특성은 압전 공진기(1)의 지지에 의해 영향을 받지 않는다. 이런 원리는 도 2 내지 5를 참조로 기술된다. 다음 설명에서, 각 길이는 압전 공진기(1)의 종길이이다.
여기서, 압전 소자(2)의 길이 L1은 약 0.98mm인 것이 바람직하고, 공진기의 주파수 F1은 약 2MHz이고, 반사층(3 및 4) 각각의 길이 L2는 약 0.25mm이며, 그리고 지지 부재(5 및 6) 각각의 길이는 약 0.4mm이다. 도 2는 유한요소법의 분석에서 얻은 상기 압전 공진기의 변위를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지지 부재(5 및 6)에서는 거의 변위가 발생하지 않는다. 따라서, 지지 부재(5 및 6)는 압전 소자(2)의 공진 특성에 거의 또는 전혀 영향을 주지 않으면서 압전 공진기(1)를 지지한다. 이는 반사층(3 및 4)의 음향 임피던스 Z2는 압전 소자(2)의 음향 임피던스 Z1 및 지지 부재(5)의 음향 임피던스 Z3보다 낮기 때문에, 압전 소자(2)로부터 전파된 진동은 반사층(3 및 4) 및 지지 부재(5 및 6)간 인터페이스 A와 B에서 반사되어 지지 부재(5 및 6)로 진동이 전파되지 않는다.
압전 공진기(1)에서 얻은 결과를 비추어 볼 때, 본 발명의 발명자들은 압전 공진기(1)에 포함된 압전 소자(2), 반사층(3 및 4), 및 지지 부재(5 및 6)에 대해 다른 재질 및 다른 크기를 이용하는 시험들을 반복했다. 상기 기술된 바람직한 실시형태와 유사하게, 제1 및 제2반사층(3 및 4)의 음향 임피던스 Z2가 압전 소자(2)의 음향 임피던스 Z1 및 지지 부재(5 및 6)의 음향 임피던스 Z3보다 낮았을 경우, 음향 임피던스 Z압전 소자(2)에서 지지 부재(5 및 6) 각각으로의 진동의 전파가 실질적으로 억압되는 것을 알 수 있었다. 이는 도 4 및 5를 참조로 하여 특정 시험 실시예로 설명된다.
도 4는 압전 공진기(1)가 다음 표본 사양에 따라 구성되는 경우에 얻은 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 나타낸다. 본 도면에서, 실선은 위상-주파수 특성을 나타내며, 파선은 임피던스-주파수 특성을 나타낸다. 도 4 및 5에 도시된 그래프의 수직축 및 측면측의 NE + 0n는 N ×10n와 같다. 예를 들어, 1E + 02는 1 ×102과 같다.
압전 공진기 1
(1) 압전 소자(2)는 약 3.4 ×107kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스 Z1을 가진 티탄산염 납으로 되어 있다. 이에 대한 길이 L1은 약 421mm이고 공진 주파수는 약 5.4MHz이다.
(2) 반사층(3 및 4)는 약 1.87 ×106kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스 Z2를 가진 에폭시 수지로 되어 있다. 이에 대한 길이 L2는 약 0.07mm이다.
(3) 지지 부재(5 및 6)는 약 3.4 ×107kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스 Z3를 가진 티탄산 납으로 되어 있다. 이에 대한 길이 L3는 약 300mm이다.
게다가, 압전 공진기(1)의 폭은 약 250mm였고 그 두께는 약 200mm였다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 압전 공진기(1)는 도전 접착제(12)로 기판(11)에 결합 고정되었다. 도전 접착제(12)로 결합한 경우, 공진기(1)를 도전 접착제(12)로 기판(11)에 고정시킴으로써 압전 소자(2)의 저면 및 기판(11)의 상면간에 진동을 생성하는데 필요한 공간이 얻어진다.
게다가, 단자 전극(9 및 10)은 도전 접착제(12)로 기판(11)의 전극(13 및 14)에 결합된다. 그러나, 도전 접착제(12)는 압전 소자(2) 및 반사층(3 및 4)에 배치되지는 않는다.
도 5는 기판(11)에 탑재된 후 얻은 압전 공진기(1)의 주파수 특성을 나타낸다. 도 5에서, 유사하게는, 파선은 임피던스-주파수 특성을 나타내고 실선은 위상-주파수 특성을 나타낸다.
도 4 및 도 5의 그래프간 비교를 해보면, 압전 공진기(1)의 주파수 특성은 기판(11)에 고정된 후 얻은 주파수 특성과 거의 동일하다. 다시 말해서, 지지 부재(5 및 6)는 압전 공진기(1)를 기계적으로 지지하더라도, 압전 소자(2)의 공진 특성이 저하되지 않는다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치의 압전 공진기(1)에서, 진동 부재를 정의하는 압전 소자(2)의 각 측면에, 반사층(3 및 4) 각각이 배열되어 지지 부재(5 및 6)가 반사층(3 및 4)의 외부 측면에 연결된다. 이 배열로, 압전 공진기(1)는 압전 소자(2)의 진동을 차단하지 않으면서 효과적으로 지지를 받는다. 도 6은 상기 배열을 나타내는 일반 도면이다. 도 6에 도시된 본 발명에 따른 복합 진동 장치에서, 진동원을 정의하는 진동 부재(21)의 각 측면에, 반사층(22 및 23)은 진동 부재(21)로부터의 진동이 전파되도록 연결되어 있다. 추가로, 지지 부재(24 및 25)는 반사층(22 및 23)의 외부 측면에 연결되어 있다. 이 경우에, 상기 도시된 바와 같이, 반사층(22 및 23)의 음향 임피던스 Z2가 진동 부재(21)의 음향 임피던스 Z1 및 지지 부재(24 및 25)의 음향 임피던스 Z3보다 낮은 경우, 상기 기술된 바람직한 실시형태와 유사하게, 다른 재질 부재를 조합한 진동 장치(20)가 진동 장치(21)의 진동 특성에 거의 영향을 주지않으면서 지지 부재(24 및 25)에 의해 기계적으로 지지를 받는다.
상기 기술된 바람직한 실시형태에서, 압전 소자(2)는 진동 부재로 이용된다. 그러나, 본 발명에서, 상기 임피던스 관계가 진동 부재(21)의 임피던스 Z1, 반사층(22 및 23)의 임피던스 Z2, 및 지지 부재(24 및 25)의 임피던스 Z3 사이에서 얻어지는 한, 상기 기술된 바람직한 실시형태의 경우에서처럼, 전파된 진동은 반사층(22 및 23) 및 지지 부재(24 및 25)간 인터페이스에서 반사된다. 따라서, 진동 부재(21)는 상기 기술된 압전 소자에 제한되지 않는다. 다시 말해서, 진동 부재(21)로서, 전왜 소자 및 기타 적절한 형태의 진동 부재와 같은 압전 소자(2) 외의 장치가 이용될 수 있다.
게다가, 반사층(22 및 23) 및 지지 부재(24 및 25)의 재질도 상기 기술된 재 질에 제한되는 것은 아니다. 음향 임피던스 Z1 내지 Z3간 관계가 유지되는 한, 그 재질은 임의로 선택된다.
게다가, 본 발명의 발명자들은 압전 공진기(1)의 반사층의 다양한 재질로 압전 공진기(1)의 공진 주파수 및 대역폭의 변화율을 측정했다. 도 7 및 8은 그 측정 결과를 나타낸다. 여기서, 공진-주파수 변화율(%) 및 상대-대역폭 변화율(%)을 측정하기 위해, 압전 소자(2)의 재질로 이용된 세라믹 유형, 반사층(3 및 4)의 재질로 이용된 에폭시 수지 유형, 및 표준화된 음향 임피던스 Z2의 값 즉, 비 Z2/Z1 를 바꾸었다.
도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 음향 임피던스 비 Z2/Z1는 약 0.2 또는 그 미만이고 바람직하게는 약 0.1 또는 그 미만인 경우, 공진 주파수의 변화율은 약 0.2% 또는 그 미만으로 상당히 감소한다. 그 비가 약 0.1 또는 그 미만인 경우, 변화율은 0.01% 또는 그 미만으로 감소된다. 유사하게는, 상대 대역폭의 변화율에 대해, 음향 임피던스 비 Z2/Z1가 약 0.2 또는 그 미만인 경우, 그 변화율은 약 -15%이고, 그 비가 약 0.1 또는 그 미만인 경우, 그 비가 약 -8% 또는 그 미만인 것을 알 수 있다.
그러므로, 바람직하게는, 음향 임피던스 비 Z2/Z1는 약 0.2 또는 그 미만이며, 보다 바람직하게는 약 0.1 또는 그 미만이다.
게다가, 발명자들은 반사층(3 및 4) 및 지지 부재(5 및 6)의 재질의 형태를 바꾸어 음향 임피던스 비 Z2/Z3를 변화시켰다. 그리고 나서, 유사하게는, 압전 공진기(1)의 공진 주파수 및 상대 주파수의 변화율(%)을 측정했다. 도 9 및 10은 이 측정에서 얻은 결과를 나타낸다.
도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 음향 임피던스 비 Z2/Z3가 약 0.2 또는 그 미만인 경우, 주파수 변화율은 약 0.2% 또는 그 미만이고, 상대 대역폭은 -7% 또는 그 미만이다. 게다가, 그 비가 약 0.1% 또는 그 미만인 경우, 주파수 변화율은 약 0.05% 또는 그 미만이고 상대 대역폭은 약 -0.6% 또는 그 미만이다. 결과적으로, 음향 임피던스 비 Z2/Z3는 약 0.2 또는 그 미만이고, 바람직하게는 약 0.1 또는 그 미만이다.
게다가, 발명자들은 변동된 음향 임피던스 비 Z2/Z1로 압전 공진기의 공진 주파수 및 상대 대역폭의 변화율을 측정했다. 도 11 및 12는 그 측정 결과를 나타낸다. 도 11 및 12에서, 반사층(3 및 4)의 재질로, 에폭시 수지, 세라믹, 및 이런 재질과 기타 음향 임피던스를 가진 분말의 혼합물이 음향 임피던스 Z1의 약 1/128에서 임의의 범위로 음향 임피던스 Z2를 변화시키는데 이용된다.
도 11 및 12에 도시된 측선은 반사층(3 및 4) 각각의 종길이 즉, 압전 공진기(1)의 종길이를 나타낸다. 다시 말해서, 반사층(3 및 4) 각각의 종길이는 진동 부재로서 압전 소자(2)에 연결된 각각의 반사층의 표면 및 지지부재(5 및 6) 각각에 연결된 각각의 반사층의 표면을 연결시키는 방향의 길이와 실질적으로 같다. 즉, 그것은 진동이 각각의 반사층을 통해 전파하는 방향의 길이이다.
도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 음향 임피던스 비 Z2/Z1이 더 적은 경우, 약 1/32 또는 그 미만인 경우, 그리고 바람직하게는 약 1/64 또는 그 미만인 경우, 반사층(3 및 4)의 종길이 또는 동일하게 그 두께가 약 λ/4와 약간 다르다고 하더라도, 공진 주파수 및 상대 대역폭의 변화율은 실질적으로 증가하지 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 비 Z2/Z1가 약 1/32 또는 그 미만이고 바람직하게는 약 1/64 또는 그 미만인 경우, 반사층(3 및 4)의 종길이는 덜 제한을 받는다.
한편, 도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 비 Z2/Z1에 관계없이, 반사층(3 및 4)의 길이가 약 λ/4인 경우, 압전 공진기(1)의 공진 주파수 및 상대 주파수의 변화율은 상당히 감소하게 된다.
게다가, 반사층(3 및 4)의 두께 및 공진 주파수와 상대 대역폭의 변화율간 관계는 반사층(3 및 4)의 두께를 변화시킴으로써 측정된다. 도 13 및 14는 그 측정 결과를 나타낸다. 도 11 내지 14에 도시된 바와 같이, 반사층(3 및 4)의 길이는 대략 nㆍλ/4 ±λ/8 범위 내이고, 여기서 기호 n은 기수이고, 보다 바람직하게는, 그 길이는 약 λ/4이다.
다시 말해서, 반사층(65 및 66) 각각에 연결된 압전 소자(62)의 표면적 S1는 압전 소자(62)에 연결된 반사층(65 및 66) 각각의 표면적 S2와 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 다시 말해서, S2/S1의 값은 약 1인 것이 바람직하다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 제2 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장치를 정의하는 압전 공진기의 사시도 및 부분 종단면도이다.
압전 공진기(31)는 스트립-형태 또는 정방형 막대 모양을 갖도록 구성된 압전 소자(32)를 갖는다. 압전 소자(32)는 길이 모드의 제6조(harmonic)를 이용하는 압전 소자이다. 이 바람직한 실시형태의 압전 공진기(31)는 압전 소자(32)가 압전 소자(2)의 대안으로서 이용되는 것을 제외하고 제1 바람직한 실시형태의 압전 공진기(1)와 동일한 것이 바람직하며, 압전 소자(32)를 여진시키는 전극 구조는 제1 바람직한 실시형태의 전극 구조와 다르다.
압전 소자(32)는 가령, 약 2.6 ×107kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스를 가진 티탄산 지르코늄염 납과 같은 압전 세라믹으로 되는 것이 바람직하다.
압전 소자(32)에서 길이 모드의 제6 고조파로 여진시키기 위해, 6개의 여진 소자(32a 내지 32f)가 형성되어 압전 소자(32)의 단면 방향으로 신장된다. 다시 말해서, 여진 전극(32a 내지 32f)은 5개의 압전층이 여진 전극(32a 내지 32f) 사이에 존재하도록 압전 소자(32)의 단면 방향과 실질적으로 평행하게 배열된다. 게다가, 5개의 압전층은 압전 소자(32)의 종방향으로 균일하게 분극된다.
단자 전극(37)은 압전 공진기(31)의 상면에 형성되어 여진 전극(32a, 32c, 및 32e)에 전기적으로 연결된다. 압전 공진기(31)의 저면에는, 단자 전극(38)이 형성되어 여진 전극(32b, 32d, 및 32f)에 전기적으로 연결된다.
여진 전극(32b, 32d, 및 32f)을 단자 전극(37)로부터 전기적으로 절연시키기 위해, 여진 전극(32b, 32d, 및 32f)의 상단면에 절연 재질(39a 내지 39c)이 형성된다. 유사하게는, 여진 전극(32a, 32c, 및 32e)을 단자 전극(38)으로부터 전기적으로 절연시키기 위해, 여진 전극(32a, 32c, 및 32e)의 저단면에 절연 재질(39d 내지 39f)이 형성된다.
반사층(33 및 34)는 압전 소자(32)의 종방향으로 배열되고 약 1/16의 음향 임피던스 비(Z2/Z1)를 갖는 에폭시 수지로 되어 있다.
게다가, 반사층(33 및 34)의 외부 측면에, 지지 부재(35 및 36)가 연결되고 약 1/16의 음향 임피던스 비(Z2/Z3)를 갖는 티탄산 지르코늄염 납으로 되어 있다.
단자 전극(37 및 38) 각각은 압전 공진기(31)의 서로 대향하는 단면 각각 즉, 지지 부재(35 및 36)의 외부 단면(35a 및 36a) 각각에 신장되도록 배열되어 있다.
본 바람직한 실시형태에서, 상기 기술된 바람직한 실시형태에서처럼, 반사층(33 및 34) 및 지지 부재(35 및 36)의 단면 모양이 압전 소자(32)와 동일한 모양인 것이 바람직하다. 따라서, 압전 공진기(31)는 실질적으로 정방형 막대 모양을 갖는다.
제2 바람직한 실시형태에 도시된 바와 같이, 압전 진동 소자(32)는 길이 모드의 고조파를 이용하는 압전 소자일 수 있다.
도 18은 압전 공진기(31)의 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 나타낸다. 게다가, 도 17에 도시된 바와 같이, 도 19는 압전 공진기(31)가 도전 접 착제(42 및 43)로 기판(41)에 결합 고정된 후 얻은 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 나타낸다. 도 18 및 19 각각에서, 실선은 위상-주파수 특성을 나타내고 파선은 임피던스-주파수 특성을 나타냅니다.
도 18 및 도 19에 도시된 그래프를 비교해 볼 때, 제2 바람직한 실시형태에서, 제1 바람직한 실시형태와 유사하게, 기판(41)에 탑재되기 전에 얻은 단일 유닛으로서 압전 공진기(31)의 특성이 기판(41)에 탑재된 후 얻은 특성과 거의 동일하다.
따라서, 제2 바람직한 실시형태에서, 유사하게는, 지지 부재(35 및 36)는 압전 공진기(31)를 기계적으로 지지하더라도, 압전 소자(32)의 공진 특성에는 상당한 영향을 주지 않는다.
선택적으로, 도 20의 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 다수의 압전 공진기(31)는 절연 접착제(51 및 52)로 서로 결합되어 기판(53)에 탑재된다. 도 20에 도시된 구조에서, 2개의 압전 공진기(31)는 함께 결합되어 필터 회로를 정의하도록 전기적으로 연결되어 있다. 2개의 압전 공진기(31)간 전기적인 연결이 기판(53)에 형성된 도전 패턴(53a 내지 54d)에 의해 이루어진다. 게다가, 금속 캡(55)은 기판(53)에 고정된다. 금속 캡(55)은 절연 접착제가 압전 공진기(31)를 둘러쌓아 밀봉할 수 있도록 기판(53)에 고정된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 장치는 압전 공진기 뿐만 아니라 필터에도 적용될 수 있다.
도 21은 본 발명의 제3 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진기를 도시하는 사시도이다. 압전 공진기(61)는 두께-전단 모드를 이용하는 압전 소자(62)를 포함 하는 것이 바람직하다. 제3 바람직한 실시형태의 압전 소자(62)는 압전 세라믹으로 된 것이 바람직하고, 실질적으로 직사각형 플레이트 모양을 가진다. 여진 전극(63)은 압전 소자(62)의 상면에 형성되고 여진 전극(64)은 이의 저면에 형성된다. 압전 소자(62)는 종방향으로 분극된다. 여진 전극(63 및 64)으로부터의 AC 전압을 인가함으로써, 압전 소자(62)는 두께-전단 모드로 여진된다.
두께-전단 모드를 이용하는 종래 에너지-트랩 압전 공진기(201; 도 34 참조)와 달리, 압전 소자(62)는 이의 전체 상면 및 저면을 덮도록 배열된 여진 전극(63 및 64)를 각각 포함한다. 따라서, 압전 공진기(61)는 에너지-트랩 압전 공진기가 아니다.
압전 소자(62)의 종방향의 각 측면에, 제1 바람직한 실시형태에서처럼, 반사층(65 및 66) 및 지지 부재(67 및 68)이 형성되어 있다. 반사층(65 및 66)의 두께 즉, 압전 소자(62) 및 각각의 지지 부재(67 및 68)를 연결시키는 방향의 길이가 대략 λ/4이고, 여기서 전파된 진동의 파장은 λ이다. 게다가, 여진 전극(63 및 64) 각각은 단자 전극(69 및 70) 각각에 신장된다. 단자 전극(69 및 70)은 압전 공진기(62)의 단면 즉, 지지 부재(67 및 68)의 외부 단면(67a 및 68a)에 신장된다.
제3 바람직한 실시형태의 압전 공진기(61)에서, 압전 소자(62)는 에너지-트랩 소자가 아니다. 그러나, 제1 바람직한 실시형태와 유사하게, 반사층(65 및 66) 및 지지 부재(67 및 68)가 형성된다.
구체적으로, 반사층(65 및 66) 각각에 연결된 압전 소자(62)의 표면적 S1은 압전 소자(62)에 연결된 반사층(65 및 66) 각각의 표면적 S2와 대략 같다. 즉, S2/S1의 값은 약 1인 것이 바람직하다.
게다가, 압전 소자(62)의 음향 임피던스 Z1, 반사층(65 및 66) 각각의 음향 임피던스 Z2, 및 지지 부재(67 및 68) 각각의 음향 임피던스 Z3는 제1 바람직한 실시형태에서와 동일한 방식으로 설정되는 것이 바람직하다. 따라서, 압전 소자(62)를 통해 전파하는 진동은 반사층(65 및 66) 및 지지 부재(67 및 68)간 인터페이스에서 반사된다. 결과적으로, 지지 부재(67 및 68)가 압전 소자(62)를 기계적으로 지지하더라도, 제1 바람직한 실시형태에서처럼, 압전 소자(62)의 공진 주파수에는 상당한 영향을 주지 않는다. 따라서, 두께-전단 모드를 이용하더라도, 본 발명은 진동 감쇠부가 필요하지 않아서, 두께-전단 모드를 이용하는 압전 공진기의 크기가 상당히 줄어들게 된다.
다시 말해서, 반사층(65 및 66) 각각의 두께(공진기(61)의 종길이)가 겨우 약 λ/4이기 때문에, 종래 에너지-트랩 압전 공진기(201)에서처럼, 대형 진동 감쇠부가 필요하지 않는다. 추가로, 압전 공진기(61)의 종방향으로 지지 부재(67 및 68)의 길이는 반사 인터페이스를 제공할 수 있는 범위내에서 상당히 감소된다. 따라서, 압전 공진기(61)의 길이는 종래 압전 공진기(201)의 길이보다 상당히 더 짧다.
도 22에 도시된 바와 같이, 압전 공진기(61)가 도전 접착제(72 및 73)로 기판(71)에 고정된 경우에 얻은 압전 공진기(61)의 주파수 특성의 변화가 거의 없다. 도 23에서, 파선은 임피던스-주파수 특성을 나타내고 실선은 위상-주파수 특성을 나타낸다. 도 23은 탑재 기판(71)에 탑재된 후 얻은 압전 공진기(61)의 특성을 나타낸다. 탑재 전후에 얻은 특성이 거의 동일하기 때문에, 이의 설명은 생략한다. 본 발명에 따른 진동 장치를 정의하는 압전 공진기는 제3 바람직한 실시형태에서처럼 진동 모드를 이용하는 공진기에 제한되지 않는다. 게다가, 본 발명에서, 진동 부재를 정의하는 압전 소자의 진동 모드는 제한되지 않는다.
도 24는 본 발명에 따른 진동 장치의 변형 실시예를 설명하는 개략적인 단면도이다. 도 24에 도시된 압전 공진기(81)는 두께 종진동 모드를 이용하는 압전 소자(82)를 포함한다. 압전 소자(82)는 실질적으로 직사각형 플레이트 모양을 갖는 것이 바람직하다. 압전 소자(82)의 상면 및 저면에, 여진 전극(83 및 84)이 압전 소자(82)를 통해 서로 대향하게 형성되어 있다. 게다가, 압전 소자(82)의 상면 및 저면에, 지지 부재를 정의하는 세라믹 플레이트(87 및 88)가 반사층(85 및 86)을 통해 형성된다. 게다가, 단자 전극(89 및 90)은 압전 공진기(81)의 외부면에 형성되어 여진 전극(83 및 84)에 전기적으로 연결되어 있다.
압전 소자(82)와 유사하게, 두께 종진동을 이용하는 압전 소자는 본 발명에서 이용된 진동 부재로서 이용될 수 있다. 게다가, 압전 공진기(81)와 유사하게, 반사층(85 및 86) 및 지지 부재(87 및 88)는 압전 소자(82)의 상면 및 저면에 쌓일 수 있다.
게다가, 도 25에 도시된 압전 공진기(91)와 유사하게, 본 발명은 두께 종진동 모드를 이용하는 다층 압전 공진기에 응용될 수도 있다. 여기서, 여진 전극(93 및 94) 외에, 압전 소자(92)는 그 내부에 형성된 내부 전극(95 및 96)을 포함한다. 이 배열로, 두께 종진동 모드의 조를 이용하는 압전 소자(92)가 생성된다. 압전 소자(92)의 상면 및 저면에, 압전 공진기(81)와 유사하게, 반사층(83 및 84) 및 지지 부재(87 및 88)가 쌓인다.
게다가, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치에서, 기호 A가 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 반사층을 통해 전파하는 진동 방향을 나타내는 경우, 방향 A, B, 및 C간 조합은 소정의 조건에 따라 변하게 된다.
예를 들어, 도 26a 내지 26c에 도시된 압전 공진기(101 내지 103)처럼, 방향 A는 실질적으로 방향 B와 평행하게 배열될 수 있고, 방향 B는 실질적으로 방향 C와 수직일 수 있다. 도 26a 내지 26c에 도시된 압전 공진기(101 내지 103)은 길이 진동 모드를 이용하는 압전 공진기인 것이 바람직하고, 압전 소자(101a, 101b, 및 101c)는 도면의 화살표가 지시하는 방향으로 분극된다. 게다가, 참조 번호 104a는 반사층을 나타내며, 참조 번호 104b는 지지 부재를 나타낸다.
도 26a 내지 26c에 도시된 압전 공진기(101 내지 103)에서, 압전 소자(101a 내지 101c)의 저면은 반사층에 연결된다. 각 저면의 면적이 반사층(104a)이 압전 소자(101a 내지 101c)에 연결되는 S1인 경우, 각 층이 각 압전 소자와 접촉하는 부분의 면적 S2가 S1보다 적은 것이 바람직하다.
게다가, 본 발명에서, 반사층은 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향에 실질적으로 수직하게 배열될 수 있다. 도 27은 유한요소법의 분석에서 얻은 공진기의 변위 분포를 나타낸다. 도 27에서, 진동 부재로서, 압전 소자(106)가 형성되어 약 3.0 ×107kg/(m2ㆍs)의 음향 임피던스 Z1을 갖고 길이 L1이 약 0.98mm인 길이 모드를 이용하는 압전 세라믹으로 되어 있고, 그리고 공진 주파수는 약 2MHz이다. 압전 소자(106)의 측면에, 진동이 압전 소자(106)를 통해 전파하는 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 반사층(107 및 108)이 형성된다. 압전 소자(106)의 각 측면의 면적 S1은 약 0.294mm2이다. 반사층(107 및 108) 각각은 1.87 ×106kg/(m 2ㆍs)의 음향 임피던스 Z2 및 약 0.15mm의 두께를 갖는다. 그 두께는 압전 소자(106) 및 반사층(107 및 108)간 인터페이스에서 반사층(107 및 108)의 반대 측면까지의 길이와 같다. 게다가, 반사층(107 및 108) 각각이 압전 소자(106)에 연결되어 있는 부분의 면적 S2가 약 0.084mm이다. 지지 부재(109 및 110) 각각은 3.0 ×107kg/(m2 ㆍs)의 음향 임피던스 Z3를 갖는 티탄산 지르코늄염 납과 같은 압전 세라믹으로 되어 있고 반사층(107 및 108)에 연결되어 있다.
도 27에 도시된 바와 같이, 압전 공진기(105)에서, 유사하게는, 진동은 지지 부재(109 및 110)로 전파하지 않는다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치에서, 반사층은 진동이 진동 부재를 통해 전파하는 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연결될 수 있 다. 이에 대한 실시예는 도 26a 내지 26c에 도시된 상기 진술된 압전 공진기(101 내지 103)에 의해 구현된다.
게다가, 도 28a 및 28b에 개략적으로 도시된 압전 공진기(111 및 112)에서처럼, 반사층(113 및 114) 각각은 두께 종진동 모드를 이용하는 압전 소자(111a 및 112b)를 통해 전파하는 진동의 방향에 실질적으로 수직인 방향 즉, 도면의 각 화살표가 지시하는 분극 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 배열될 수 있다. 내부 전극을 포함하는 도 28b에 도시된 압전 소자(112a)는 두께 종진동 모드를 이용하는 다층 압전 공진 소자이다.
도 28a 및 28b에서, 압전 소자(111a 및 112b) 각각의 각 측면에, 반사층(113 및 114)가 압전 소자(111a 및 112a)를 통해 전파하는 진동의 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 배열된다. 게다가, 지지 부재(115 및 116)는 압전 소자(111a 및 112a)에 연결된 반사층(113 및 114)의 단면에 대향한 단면에 연결된다.
게다가, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치에서, 도 29에 도시된 압전 공진기(117)에서처럼, 진동 부재의 진동 변위의 방향이 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향에 실질적으로 수직일 수 있고, 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향이 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향에 실질적으로 수직일 수 있다. 압전 공진기(117)는 압전 소자(117a)를 포함한다. 압전 소자(117a)에서, 여진 전극(118 및 119) 각각은 압전 세라믹 부재로 된 각각의 주면에 형성되어 도 29에서 종이의 정면에서 후면까지 통과하는 방향으로 분극된다. 따라서, 압전 소자(117a)는 두께 비틀림 진동 모드를 이용한다. 반사층(113 및 114) 및 지지 부재(115 및 116)는 압전 소자(117a)의 외측에 연결된다.
이하 기술되는 도 26 내지 29 및 도 31a 내지 31c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 진동 부재의 진동 변위의 방향, 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향, 및 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향간 상대 위치가 다양한 방식으로 구성된다. 어떤 경우에서도, 상기 기술된 음향 임피던스 Z1, Z2, 및 Z3가 상기 구체적인 조건을 만족시키는 범위내에서, 제1 바람직한 실시형태와 유사하게, 지지 부재는 압전 소자의 공진 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 압전 공진기를 기계적으로 지지한다.
게다가, 본 발명은 탄성 표면파 장치와 같이 압전 효과를 이용하는 다른 형태의 공진기 및 필터에 응용된다. 도 30은 본 발명의 제4 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치를 정의하는 탄성 표면파 공진기의 평면도이다. 탄성 표면파 공진기(121)에서, 제1 및 제2인터디지털 트랜스듀서(IDT; 123 및 124)는 탄성 표면파가 전파하는 방향으로 소정의 간격에 실질적으로 직사각형 플레이트 모양을 가진 압전 기판(122)에 배열된다. 제1 및 제2반사층(125 및 126)은 탄성 표면파 전파 방향으로 압전 플레이트(122)의 외측에 연결되고, 세라믹 플레이트로 정의되는 지지 부재(127 및 128)는 반사층(125 및 126)의 외측에 연결된다. 본 바람직한 실시형태에서, 압전 플레이트(122)의 음향 임피던스 Z1, 반사층(125 및 126) 각각의 음향 임피던스 Z2, 및 지지 부재(127 및 128)의 음향 임피던스 Z3는 제1 바람직한 실 시형태와 동일한 방식으로 설정된다. 게다가, 면적비 S2/S1는 대략 1과 같다. 따라서, 탄성 표면파는 지지 부재(127 및 128) 및 반사층(125 및 126)간 인터페이스에서 반사되어 탄성 표면파 공진기로서 작용한다. 따라서, 반사기가 필요하지 않기 때문에, 탄성 표면파 공진기의 크기는 크게 줄어들게 된다.
도 31a 내지 31c는 압전 공진기(131 내지 133)을 설명하는 개략적인 단면도이다. 이런 공진기에서, 진동 부재의 진동 변위 방향 A, 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향 B, 및 반사층을 통해 전파하는 진동 C는 실질적으로 서로 수직이다.
압전 공진기(131)는 두께-전단 모드를 이용하는 압전 소자(134)를 포함한다. 도면에 도시된 화살표가 지시하는 방향으로 분극되는 압전 소자(134)는 여진 전극(135 및 136)을 포함한다. 진동 변위의 방향 A는 여진 전극에 둘 다 실질적으로 평행 및 수직인 부품을 포함한다. 압전 소자(134)를 통해 전파하는 진동의 방향 B는 실질적으로 여진 전극(135 및 136)에 평행하다. 대조적으로, 반사층(137 및 138)은 압전 소자(134)의 저면에 연결되고 반사층(137 및 138) 각각을 통해 전파하는 진동의 방향 C는 압전 소자(134)를 통해 전파하는 진동의 방향 B에 실질적으로 수직이다. 지지 부재(139a 및 139b)는 압전 소자(134)에 연결된 반사층(137 및 138)의 표면에 대향하는 반사층(137 및 138)의 표면에 연결된다.
도 31b에서, 지지 부재(140)가 형성되어 있다. 지지 부재(140)는 지지 부재(139a 및 139b)가 필수적으로 결합되는 구성과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 반사층의 외부 측면에 연결된 지지 부재는 제1 및 제2반사층 둘 다에 연결되어 있다.
도 31c에 도시된 압전 공진기(133)는 두께 비틀림 진동을 이용하는 압전 소자(141)를 이용한다. 다른 부분에서, 이 구조의 나머지는 도 31a에 도시된 압전 공진기(1)의 구조와 동일한 것이 바람직하다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치에서, 진동 부재는 다양한 진동 모드를 이용하는 압전 소자로 정의될 수 있다. 이런 압전 소자의 대안으로서, 전왜-효과 소자가 이용될 수 있다. 게다가, 본 발명에 이용된 진동 부재는 압전 소자 및 전왜 소자와 같은 전기-기계 에너지 변환 소자에 제한되지 않는다. 다양한 진동을 생성시키는 진동원도 이용될 수 있다.
게다가, 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, 진동 부재, 반사층, 및 지지 부재간 연결은 상기 기술된 바람직한 실시형태 및 변형 실시예에 도시된 것들에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 32a 내지 32c 및 도 33에 도시된 바와 같이, 다수의 진동 부재를 가진 진동 장치가 형성될 수 있다.
도 32a에 도시된 진동 장치에서, 제1 및 제2진동 부재(151 및 152)는 반사층(153)을 통해 서로 연결된다. 반사층(154 및 155) 및 지지 부재(156 및 157)는 제1 및 제2진동 부재(151 및 152)의 외부 측면에 연결된다. 이 경우에, 반사층(154 및 155)은 본 발명의 제1 및 제2반사층과 같고, 지지 부재(156 및 157)는 본 발명의 제1 및 제2지지 부재와 같다. 게다가, 반사층(153)을 통해 서로 연결된 진동 부재(151 및 152)는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치에 포함된 진동 부재로 간주된다. 또한, 제1 및 제2진동 부재(151 및 152)는 반사층(153)을 통해 연결되기 때문에, 제1진동 부재에서 반사층(153)으로 전파된 진동은 반사층(153) 및 제2진동 부재(152)간 인터페이스에서 반사된다. 대조적으로, 제2진동 부재(152)에서 반사층(153)으로 전파된 진동은 반사층(153) 및 제1진동 부재(151)간 인터페이스에서 반사된다.
도 32b에 도시된 진동 장치에서, 제1 및 제2반사층(162 및 163)은 진동 부재(161)의 각 측면에 연결되어 지지 부재(164 및 165)가 제1 및 제2반사층(162 및 163)의 외부 측면에 연결된다. 다시 말해서, 이런 배열은 제1 바람직한 실시형태의 배열과 동일한다. 그런, 제1 바람직한 실시형태와 달리, 이런 진동 장치에서, 제3반사층(166), 제2진동 부재(167), 제4반사층(168), 및 제3지지 부재(169)는 순서대로 제2지지 부재(165)의 외측에 연결된다. 이 경우에, 제2진동 부재(167)에 의해 생성된 진동은 반사층(166 및 168) 및 지지 부재(165 및 169)간 인터페이스에서 반사된다. 다시 말해서, 제1 바람직한 실시형태에 따른 두개의 진동 장치가 형성되고, 하나의 지지부재가 두개의 진동장치의 지지부재들 중 하나로 배치되어 두개의 진동 장치가 결합된다.
게다가, 도 32c에 도시된 바와 같이, 반사층(182 및 183) 및 지지 부재(184 및 185)가 진동 부재(181)의 각 측면에 연결된 후, 반사층(186 및 187) 및 지지 부재(188 및 189)가 추가로 지지 부재(184 및 185) 각각의 외측면에 연결된다.
도 33에 도시된 진동 장치(171)에서, 제1 바람직한 실시형태와 유사한 진동 장치(172 및 173)가 반사층(174)을 통해 서로 연결된다.
도 36은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 복합 진동 장치로서 두께 전단 모 드를 이용하는 압전 공진기를 도시하는 사시도이다.
압전 공진기(301)는 진동 부재로서 두께 전단 모드를 이용하는 압전 소자(302), 압전 소자(302)의 일단에 연결된 반사층(303), 및 반사층(303)의 외측면에 연결된 지지 부재(304)를 포함한다.
압전 소자(302)는 압전체(302a)를 갖는다. 압전체(302a)는 스트립 형태의 모양을 가지고 있고 길이 방향으로 분극된다. 여진 전극(302b 및 302c)는 압전체(302a)의 상측면 및 하측면에 형성된다. 여진 전극(302b 및 302c)사이에 AC 전압을 인가함으로써 압전 소자(302)가 두께 전단 모드로 공진된다.
반면에, 리드-아웃(lead-out) 전극(302d 및 302e)는 반사층(303) 및 지지 부재(304)의 상측면 및 하측면에 신장되도록 형성된다.
본 실시형태에 따르면, 반사층(303)과 연결된 압전 소자(302)의 단면(302f)의 면적이 S1로 나타내고, 압전 소자(302)와 연결된 반사층(303)의 접촉 면적이 S2로 나타낸 경우, 값 S2/S1이 약 1인 것이 바람직하다. 즉, 압전 소자(302)의 수평 단면 모양은 압전 소자(302)와 연결되고 압전 소자의 수평 단면과 평행인 반사층(303)의 표면의 모양과 실질적으로 동일하다. 여기서, 압전 소자(302)는 티탄산염 납 세라믹을 포함하고, 음향 임피던스 Z1은 3.4 ×107kg/(m2ㆍs)이다.
한편, 반사층(303)은 1.87 ×106kg/(m2ㆍs)인 음향 임피던스의 에폭시 수지를 포함한다. 추가로, 지지 부재(304)는 3.4 ×107kg/(m2ㆍs)인 음향 임피던스의 세라 믹을 포함한다.
본 발명의 압전 공진기(301)에서, 압전 소자(302)의 길이 즉, 분극 방향을 따른 크기는 0.75mm로 설정된다. 공진 주파수는 4.0MHz로 설정된다. 반사층(303)의 두께 즉, 압전 소자(302)의 길이 방향을 따른 크기는 0.08mm로 설정된다. 유한요소법에 의해 분석된 변위 분포의 결과는 도 37에 도시된다. 도 37에서 분명히 도시된 바와 같이, 변위는 지지 부재(304)에서 발생되지 않는다. 따라서, 압전 공진기(301)는 압전 소자(302)의 공진 특성에 영향을 주지 않으면서 지지 부재(304)에 의해 지지를 받는다. 즉, 도 1에 도시된 실시형태에서처럼, 압전 소자(302)로부터 전송된 진동은 반사층(303)에서 반사되기 때문에, 진동은 지지 부재로 전송되지 않는다.
본 발명에 따라, 반사층 및 지지 부재가 진동 부재의 한 측면에서만 형성될 수 있다.
도 38은 상기 기술된 바와 같이 구성된 압전 공진기의 임피던스-주파수 특성 및 위상-주파수 특성을 나타낸다. 실선은 임피던스-주파수 특성을 나타내고 파선은 위상-주파수 특성을 나타내는 것임을 유의해야 한다. 도 38에서 수직축의 1.E+0n은 1 ×10n을 의미하는 것임을 유의해야 한다.
압전 공진기(301)에서, 두께 전단 모드를 이용하는 압전 소자(302)가 형성되어 있다. 그러나, 도 39에 도시된 바와 같이, 두께 신장기 모드를 이용하는 압전 소자(312)가 형성된다. 도 39에 도시된 압전 공진기(311)에서, 반사층(313)은 두 께 신장기 모드를 이용하는 압전 소자(312)의 하측면에 형성된다. 지지 부재(314)가 반사층(313)의 하측면에 형성된다.
도시된 바와 같이, 반사층 및 지지 부재가 진동 부재의 한 측면에만 형성되는 구조에서, 상기 장치의 두께는 양 측면에 형성되어 있는 장치와 비교하면 더 줄어들게 된다.
도 40 내지 45는 반사층 및 지지 부재가 도 36의 경우에서처럼 진동 부재의 한 측면에만 형성되어 있는 변형 실시예를 나타낸다.
도 37a에 따르면, 반사층(323) 및 지지 부재(324)는 길이 모드를 이용하는 압전 소자(322)의 종방향의 일단 측면에 형성된다. 이런 방식으로, 상기 장치는 길이 모드의 압전 소자(322)를 이용함으로써 형성될 수도 있다.
도 40b는 길이 모드를 이용하는 박층된 압전 소자(332)를 나타낸다. 즉, 반사층(333) 및 지지 부재(334)는 압전 소자(332)의 종방향으로 일단에 형성된다. 다시 말해서, 도 40b에 도시된 압전 공진기(331)는 반사층 및 지지 부재의 한 측면이 도 16에 도시된 압전 공진기(31)로부터 제거되는 구조에 대응한다.
도 41b는 도 39 및 도 41a에 도시된 압전 공진기가 두께 신장기 모드를 이용하는 박층된 압전 공진기로 변형되는 실시예를 나타낸다. 다수의 여진 전극(343a 내지 343d)은 그 사이에 형성된 세라믹층으로 박층되도록 배치되어, 두께 신장기 모드를 이용하는 박층된 압전 소자(332)를 형성한다.
도 40a 내지 41b에 따르면, 진동부로서 압전 소자의 진동 변위 방향, 압전 소장의 진동 전송 방향, 및 반사층에서 진동 전송 방향이 서로 평행하다.
다음으로, 도 42 및 도 43은 진동부의 진동 변위 방향 및 진동부에서 진동 전송 방향이 평행하고, 이런 방향들이 반사층에서 진동 전송 방향에 수직인 변형 실시예를 나타낸다.
도 42a에 도시된 압전 공진기(351)에서, 길이 모드를 이용하는 압전 소자(352)가 형성되어 있다. 압전 소자(352)의 한 측면에서, 반사층(353)이 압전 소자(352)의 하측면에 연결되고 지지 부재(354)는 반사층(353)의 하측면에 연결된다. 이 실시예에서, 압전 소자(352)에서 진동 변위 방향 및 진동 전송 방향이 반사층에서 진동 전송에 수직이더라도, 반사층(353)에서 진동을 반사시킴으로써 지지 부재(354)로의 진동이 억압된다.
도 42b는 길이 모드를 이용하는 박층된 압전 소자(362)가 형성되는 압전 공진기를 나타낸다. 다른 구성은 압전 공진기(351)와 동일한 구성이다.
도 43a에 도시된 압전 공진기(371)에서, 반사층(373) 및 지지 부재(374)가 두께 신장기 모드를 이용하는 압전 소자(372)의 한 측면에 연결된다. 이 경우에도, 반사층(373)에 의해 압전 소자(372)로부터 전송된 진동을 반사시킴으로써 지지 부재(374)로의 진동이 억압된다. 추가로, 도 43b에 도시된 바와 같이, 두께 신장기 모드를 이용하는 압전 소자는 다수의 여진 전극(392a 내지 392d)을 갖는 박층된 압전 소자(392)일 수 있다.
다음으로, 도 44는 진동부에서 진동 전송 방향이 진동 부재의 진동 변위 방향에 수직이고, 진동 부재에서 진동 전송 방향이 반사기에서 진동 전송 방향에 평행인 변형 실시형태를 나타낸다.
도 44a의 압전 공진기(401)에 따르면, 반사층(403) 및 지지 부재(404)는 두께 전단 모드를 이용하는 압전 소자(402)의 종단에서 일단에 연결된다. 도 44b의 압전 공진기(411)에 따르면, 반사층(413) 및 지지 부재(414)는 두께 비틀림 모드를 이용하는 압전 소자(412)의 종진동에서 일단에 연결된다.
추가로, 진동 부재의 진동 변위 방향이 진동 부재의 진동 전송 방향에 수직이고 진동 부재에서 진동 전송 방향이 반사기에서 진동 전송 방향에 수직일 수 있다. 이런 경우의 실시예로서, 압전 공진기(421 및 431)는 도 45a 및 45b에 각각 도시되어 있다.
압전 공진기(421)에 따르면, 두께 전단 모드를 이용하는 압전 공진기(422)의 하측면에서, 반사층(423)이 공진기(422)의 종방향으로 일단 측면에 연결되고 지지 부재(424)는 반사층(423)의 하측면에 연결된다. 도 45b의 압전 공진기(431)에 따르면, 압전 소자(432)의 하측면에서, 반사층(433) 및 지지 부재(434)가 두께 비틀림 모드를 이용하는 공진기(431)의 일단 측면 근처에 박층된다.
도 45a 및 45b에 도시된 바와 같이, 진동 부재의 진동 변위 방향이 진동 부재에서 진동 전송 방향에 수직이고 진동 부재에서 진동 전송 방향이 반사층에서 진동 전송 방향에 수직이더라도, 도 36에 도시된 경우에서처럼, 압전 공진기는 반사기의 존재로 인한 압전 공진기의 공진 특성에 영향을 주지 않으면서 지지 부재에 의해 보다 기계적으로 지지를 받는다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 복합 진동 장 치에서, 제1 및 제2반사층이 연결된다. 제1 및 제2반사층이 진동 부재에 연결되는 측면에 대향하는 측면에, 제1 및 제2지지 부재가 연결된다. 게다가, 각 반사층의 음향 임피던스 Z2가 진동 부재의 음향 임피던스 Z1 및 지지 부재의 음향 임피던스 Z3보다 더 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 진동 부재에서 반사층으로 전파된 진동은 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다. 결과적으로, 제1 및 제2지지 부재는 진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 진동 장치를 기계적으로 지지한다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, 반사층 및 지지 부재는 상기 기술된 방식으로 진동 부재에 연결된다. 이 배열로, 반사층에 전파된 진동이 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다. 따라서, 본 발명에서는, 진동 부재의 진동 모드 및 상기 장치의 구적적인 세부사항들에 대한 제한이 없다. 예를 들어, 진동 부재로서 압전 진동 소자를 이용하는 경우, 다양한 진동 모드가 가령, 길이 진동 모드, 굴곡 진동 모드, 및 신장 진동 모드와 같이 이용된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태의 진동에서, 진동 부재는 종래 에너지-트랩 압전 진동 소자에 이용될 수 없는 진동 모드를 이용한다. 따라서, 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태의 진동 장치는 스프링 단자를 이용할 필요없이 간단한 구조로 지지를 받는다.
게다가, 두께-전단 모드를 이용하는 종래 에너지-트랩 압전 공진기는 상대적으로 큰 공간이 필요한 진동 감쇠부를 갖지만, 본 발명의 바람직한 실시형태의 진 동 장치는 이런 진동 감쇠부가 필요하지 않다. 따라서, 진동 모드를 이용하는 경우, 본 발명은 압전 공진기, 압전 필터, 및 종래 에너지 트랩 압전 진동 소자보다 훨씬 더 적은 기타 진동 장치를 제공한다.
게다가, 본 발명에서, 음향 임피던스 비 Z2/Z1가 약 0.2 또는 그 미만인 경우, 진동 장치는 진동 부재의 진동 특성에 실질적으로 영향을 주지 않으면서 지지 부재에 의해 지지를 반는다. 유사하게는, 음향 임피던스 비 Z2/Z3가 약 0.2 또는 그 미만인 경우, 지지 부재는 진동 부재의 진동 특성에 실질적으로 영향을 주지 않으면서 진동 장치를 기계적으로 지지한다.
제1 및 제2반사층에 연결된 측면에 대향하는 제1 및 제2지지 부재의 측면에, 제3반사층, 제2진동 부재, 제4반사층, 및 제3지지 부재가 이 순서대로 연결된다. 이런 배열로, 본 발명은 2개의 진동 부재를 이용하는 필터를 제공한다. 게다가, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 제1지지 부재, 제1반사층, 제1지지 부재, 제2반사층, 제2진동 부재, 제3반사층, 및 제2지지 부재는 복합 진동 장치를 정의하기 위해 이 순서대로 연결되는 경우, 진동 장치는 제1 및 제2진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 제1 및 제2지지 부재에 의해 기계적으로 지지를 받는다. 따라서, 본 발명은 다양한 진동 모드를 이용하는 소형 압전 필터 및 소형 복합 압전 공진 장치를 제공한다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, 반사층 및 진동 부재간 인터페이스에서 반사층 및 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 대략적인 범위가 nㆍλ/4 ±λ/8인 경우, 여기서 λ는 전파된 진동의 파장을 나타내며, 지지 부재가 진동 장치를 기계적으로 지지하는 경우 진동 부재의 진동 특성은 상당한 영향을 받지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 진동 장치에서, 제1 및 제2반사층은 진동-생성원의 각 측면에 연결된다. 게다가, 제1 및 제2지지 부재는 진동 부재에 연결된 측면에 대향하는 제1 및 제2반사층의 측면에 연결된다. 반사층 각각의 음향 임피던스 Z2는 각 진동 부재의 음향 임피던스 Z1 및 각 지지 부재의 음향 임피던스 Z3보다 낮다. 면적비 S2/S1은 약 1 또는 그 미만인 것이 바람직하다. 결과적으로, 진동 부재에서 반사층으로 전파된 진동은 거의 실패없이 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다. 따라서, 진동 장치는 진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 제1 및 제2지지 부재에 의해 기계적으로 지지를 받는다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 반사층의 음향 임피던스 Z2는 진동 부재의 음향 임피던스 Z1 및 지지 부재의 음향 임피던스 Z2보다 낮다. 면적비 S2/S 1은 약 1 또는 그 미만인 것이 바람직하다. 결과적으로, 진동 부재에서 반사층으로 전파된 진동은 거의 실패없이 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사된다. 따라서, 진동 장치는 진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 지지 부재에 의해 기계적으로 지지를 받는다. 이 경우에, 반사층 및 지지 부재는 진동 부재의 한 측면에만 형성된다.
추가로, 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, 반사층 및 지지 부재는 상기 기술된 바와 같이 진동 부재에 연결되어 반사층으로 전파된 진동을 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사시킨다. 따라서, 진동 부재의 진동 모드 및 상기장치의 구조적인 세부사항들에 대해 제한이 없다. 결과적으로, 예를 들어, 진동 부재를 정의하기 위해 압전 진동 소자를 이용하는 경우, 다양한 진동 모드가 가령 길이 진동 모드, 굴곡 진동 모드, 및 신장 진동 모드 뿐만 아니라 기타 적절한 모드와 같이 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태는 종래 에너지-트랩 압전 진동 소자가 스프링 부재가 필요없는 간단한 구조에 의해 지지를 받는 복합 진동 장치를 생성하기에는 적합하지 않는 진동 모드를 이용한다.
게다가, 두께-전단 모드를 이용하는 종래 에너지-트랩 압전 공진기에서, 진동 감쇠부는 상대적으로 큰 공간이 필요하게 형성되어야 한다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시형태의 진동 장치는 이런 진동 감쇠부가 필요하지 않다. 따라서, 진동 모드를 이용하는 경우, 본 발명은 종래 에너지-트랩 압전 진동 장치보다 훨씬 더 적은 압전 공진기 및 압전 필터를 제공한다.
음향 임피던스 비 Z2/Z1은 약 0.2 또는 그 미만인 경우, 진동 장치는 진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 지지 부재에 의해 지지를 받는다. 유사하게는, 음향 임피던스 비 Z2/Z3가 약 0.2 또는 그 미만인 경우, 지지 부재는 진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 상기 장치를 기계적으로 지지한다.
제1 및 제2반사층에 연결된 측면에 대향하는 제1 및 제2지지 부재의 측면에, 제3반사층, 제2진동 부재, 제4반사층, 및 제3지지 부재가 순서대로 연결된다. 이 배열로, 본 발명은 2 진동 부재를 포함하는 필터를 제공한다. 게다가, 제1지지 부재, 제1반사층, 제1진동 부재, 제2반사층, 제2진동 부재, 제3반사층, 및 제2지지 부재가 복합 진동 장치를 정의하기 위해 이 순서대로 연결되는 경우, 본 발명에 따르면, 상기 장치는 제1 및 제2진동 부재의 진동 특성에 상당한 영향을 주지 않으면서 제1 및 제2지지 부재에 의해 기계적으로 지지를 받는다. 따라서, 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태는 다양한 진동 모드를 이용하는 소형 압전 필터 및 소형 복합 압전 공진 장치를 제공한다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, 반사층 및 진동 부재간 인터페이스에서 반사층 및 지지 부재간 인터페이스까지 거리의 대략적인 범위는 nㆍλ/4 ±λ/8이고 여기서 λ는 전파된 진동의 파장을 나타내는 경우, 지지 부재가 진동 장치를 기계적으로 지지하는 경우 진동 부재의 진동 특성에 대한 영향이 크게 감소된다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 상기 기술되어 있으나, 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 변화 및 변형은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게도 명백하리라는 것을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음 청구항에 의해서만 결정된다.

Claims (38)

  1. 진동 생성원을 형성하고, 제1음향임피던스 Z1을 가진 전기-기계 에너지 변환 소자로 구성된 진동부재;
    상기 진동부재의 각 측면에 연결된 제1 및 제2 반사층으로서, 각각이 상기 제1음향임피던스 Z1보다 낮은 제2음향임피던스 Z2를 가지고, 에폭시 수지, 세라믹, 에폭시 수지와 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물, 및 세라믹과 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 구성된 제1 및 제2 반사층; 및
    상기 제2음향임피던스 Z2보다 높은 제3음향임피던스 Z3를 가진 세라믹으로 각각 구성되고, 상기 진동부재에 연결된 측면과 대향하는 제1 및 제2 반사층의 측면에 각각 연결되는 제1 및 제2 지지부재를 포함하고,
    상기 진동부재에서 상기 반사층들로 전파되는 진동은 상기 반사층들 및 상기 지지부재들 사이의 인터페이스에서 반사되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1음향임피던스 Z1에 대한 상기 제2음향임피던스 Z2의 비 Z2/Z1이 0초과 0.2이하인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제3음향임피던스 Z3에 대한 상기 제2음향임피던스 Z2의 비 Z2/Z3는 0초과 0.2이하인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기-기계 에너지 변환 소자는 압전 소자인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전기-기계 에너지 변환 소자는 전왜 소자인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 복합 진동 장치는 제3 반사층, 제2 진동부재, 제4 반사층 및 제3 지지부재를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 반사층 중 적어도 하나에 연결된 측면과 대향하는 상기 제1 및 제2 지지부재 중 적어도 하나의 측면에, 제3 반사층, 제2 진동부재, 제4 반사층 및 제3 지지부재가 순서대로 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층들은 다른 음향 임피던스를 가진 재질로 된 다수의 층의 더미(stack)로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 단 하나의 진동 부재에 의해 생성된 상기 진동의 파장을 기호 λ로 나타내는 경우, 상기 반사층 및 상기 진동 부재간 인터페이스에서 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 범위는 nㆍλ/4 ±λ/8이며, 여기서 기호 n은 기수를 나타내는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A, B, 및 C는 실질적으로 서로 평행인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A 및 B는 실질적으로 평행하고 상기 방향 B 및 C는 실질적으로 서로 수직인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A 및 B는 실질적으로 수직이고 상기 방향 B 및 C는 실질적으로 평행인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내 고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A 및 B는 실질적으로 수직하고 상기 방향 B 및 C는 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  14. 진동 생성원을 형성하고, 각각이 제1음향임피던스 Z1을 가진 전기-기계 에너지 변환 소자로 구성되는 제1 및 제2 진동부재;
    각각이 상기 제1음향임피던스 Z1보다 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가지고, 에폭시 수지, 세라믹, 에폭시 수지와 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물, 및 세라믹과 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 구성된 제1, 제2 및 제3 반사층; 및
    각각이 상기 제2음향임피던스 Z2보다 높은 제3음향 임피던스 Z3를 가진 세라믹으로 구성되는 제1 및 제2 지지부재를 포함하고,
    제1 및 제2 진동부재는 제2 반사층을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되고, 제1 및 제3 반사층은 제2 반사층에 연결된 제1 및 제2 진동부재의 측면과 대향하는 측면에 각각 연결되고, 제1 및 제2 지지부재는 제1 및 제2 진동부재에 연결된 제1 및 제3 반사층의 측면과 대향하는 측면에 각각 연결되고,
    제1 진동부재에 의해 생성된 진동은 제2 반사층과 제2 진동부재 사이의 인터페이스 및 제1 반사층과 제1 지지부재 사이의 인터페이스에서 반사되고, 제2 진동부재에 의해 생성된 진동은 제2 반사층과 제1 진동부재 사이의 인터페이스 및 제3 반사층과 제2 지지부재 사이의 인터페이스에서 반사되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 반사층들은 다른 음향 임피던스를 가진 재질로 구성된 다수의 층의 더미(stack)로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 단 하나의 진동 부재에 의해 생성된 상기 진동의 파장을 기호 λ로 나타내는 경우, 상기 반사층 및 상기 진동 부재간 인터페이스에서 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 범위는 nㆍλ/4 ±λ/8이며, 여기서 기호 n은 기수를 나타내는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  17. 진동 생성원을 형성하고, 제1음향임피던스 Z1을 가진 전기-기계 에너지 변환 소자로 구성된 진동부재;
    상기 진동부재의 각각의 측면에 연결된 제1 및 제2 반사층으로서, 각각이 상기 제1음향임피던스 Z1보다 낮은 제2음향임피던스 Z2를 가지고, 에폭시 수지, 세라믹, 에폭시 수지와 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물, 및 세라믹과 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 구성된 제1 및 제2 반사층; 및
    상기 제2음향임피던스 Z2보다 높은 제3음향임피던스 Z3를 가진 세라믹으로 구성되고, 상기 진동부재에 연결된 측면과 대향하는 제1 및 제2 반사층의 측면에 각각 연결되는 제1 및 제2 지지부재를 포함하고,
    기호 S1이 상기 제1 및 제2 반사층 각각에 연결된 상기 진동부재의 표면적을 나타내고 기호 S2가 상기 진동 부재에 연결된 상기 제1 및 제2 반사층 각각의 표면적을 나타내는 경우, 면적비 S2/S1은 0초과 1이하이고, 상기 진동부재에서 각 반사층으로 전파되는 진동은 상기 반사층 및 지지 부재간 인터페이스에서 반사되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제1음향임피던스 Z1에 대한 상기 제2음향임피던스 Z2의 비 Z2/Z1가 0초과 0.2이하인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 제3음향임피던스 Z3에 대한 상기 제2음향임피던스 Z2의 비 Z2/Z3가 0초과 0.2이하인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  20. 삭제
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 전기-기계 에너지 변환 소자는 압전 소자인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 전기-기계 에너지 변환 소자는 전왜 소자인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 복합 진동 장치는 제3 반사층, 제2 진동부재, 제4 반사층 및 제3 지지부재를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 반사층 중 적어도 하나에 연결된 측면과 대향하는 상기 제1 및 제2 지지부재 중 적어도 하나의 측면에, 제3 반사층, 제2 진동부재, 제4 반사층 및 제3 지지부재가 순서대로 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 반사층들은 다른 음향 임피던스를 가진 재질로 구성된 다수의 층의 더미(stack)로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  25. 제 17 항에 있어서, 단 하나의 진동 부재에 의해 생성된 상기 진동의 파장을 기호 λ로 나타내는 경우, 상기 반사층 및 상기 진동 부재간 인터페이스에서 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 범위는 nㆍλ/4 ±λ/8이며, 여기서 기호 n은 기수를 나타내는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  26. 제 17 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A, B, 및 C는 실질적으로 평행인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  27. 제 17 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A 및 B는 실질적으로 평행하고 상기 방향 B 및 C는 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하 는 복합 진동 장치.
  28. 제 17 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A 및 B는 실질적으로 수직하고 상기 방향 B 및 C는 실질적으로 평행인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  29. 제 17 항에 있어서, 기호 A가 상기 진동 부재의 진동 변위의 방향을 나타내고, 기호 B가 상기 진동 부재를 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내며, 그리고 기호 C가 각 반사층을 통해 전파하는 진동의 방향을 나타내는 경우, 상기 방향 A 및 B는 실질적으로 수직이고 상기 방향 B 및 C는 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  30. 진동 생성원을 형성하고, 각각이 제1음향임피던스 Z1을 가진 전기-기계 에너지 변환 소자로 구성되는 제1 및 제2 진동부재;
    각각이 상기 제1음향임피던스 Z1보다 낮은 제2음향 임피던스 Z2를 가지고, 에폭시 수지, 세라믹, 에폭시 수지와 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물, 및 세라믹과 다른 음향 임피던스를 갖는 물질의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 구성된 제1, 제2 및 제3 반사층; 및
    각각이 상기 제2음향임피던스 Z2보다 높은 제3음향 임피던스 Z3를 가진 세라믹으로 구성되는 제1 및 제2 지지부재를 포함하고,
    제1 및 제2 진동부재는 제2 반사층을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되고, 제1 및 제3 반사층은 제2 반사층에 연결된 제1 및 제2 진동부재의 측면과 대향하는 측면에 각각 연결되고, 제1 및 제2 지지부재는 제1 및 제2 진동부재에 연결된 제1 및 제3 반사층의 측면과 대향하는 측면에 각각 연결되고,
    기호 S1이 각 반사층에 연결된 상기 진동 부재의 표면적을 나타내고 기호 S2가 상기 진동 부재에 연결된 각 반사층의 표면적을 나타내는 경우, 면적비 S2/S1은 0초과 1이하이고;
    제1 진동부재에 의해 생성된 진동은 제2 반사층과 제2 진동부재 사이의 인터페이스 및 제1 반사층과 제1 지지부재 사이의 인터페이스에서 반사되고, 제2 진동부재에 의해 생성된 진동은 제2 반사층과 제1 진동부재 사이의 인터페이스 및 제3 반사층과 제2 지지부재 사이의 인터페이스에서 반사되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 반사층들은 다른 음향 임피던스를 가진 재질로 구성된 다수의 층의 더미(stack)로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
  32. 제 30 항에 있어서, 단 하나의 진동 부재에 의해 생성된 상기 진동의 파장을 기호 λ로 나타내는 경우, 상기 반사층 및 상기 진동 부재간 인터페이스에서 상기 반사층 및 상기 지지 부재간 인터페이스까지의 거리의 범위는 nㆍλ/4 ±λ/8이며, 여기서 기호 n은 기수를 나타내는 것을 특징으로 하는 복합 진동 장치.
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