KR100856484B1 - 압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이식형 보청기 - Google Patents

압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이식형 보청기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이식형 보청기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 압전형 진동자는 하우징, 압전 소자부, 및 질량체를 포함한다. 하우징은 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가진다. 압전 소자부는 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시킨다. 질량체는 하우징의 내부 측벽과 내벽으로부터 떨어져 있고, 일 측면이 압전 소자부의 일 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시킨다. 하우징은, 하우징 몸체, 하우징 마개, 및 접착 물질을 포함한다. 하우징 몸체는 적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가진다. 하우징 마개는 상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는다. 접착 물질은 상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가진다. 본 발명에 따른 압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이식형 보청기는 진동 효율을 증가시킬 수 있고, 그 제작이 용이하며, 용이하게 진동 주파수의 특성을 조절할 수 있다.
압전체, 질량체, 탄성체, 탄성 박판, 전극

Description

압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이식형 보청기{piezoelectric oscillator and hearing aid for transplanting in the middle ear with the same}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 하우징 몸체의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 압전형 진동자의 B-B' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다.
도 4a는 도 1에 도시된 압전형 진동자의 이론적인 모델링을 위한 모식도이다.
도 4b는 도 4a의 모식도를 1자유도계의 기계계로 모델링한 모식도이다.
도 5는 도 1에 도시된 압전소자의 팽창 및 수축에 따른 진동 변위를 산출하기 위한 모식도이다.
도 6a는 도 1에 도시된 압전형 진동자에서 질량체의 무게 변화에 따른 압전형 진동자의 진동 변화를 실험하기 위한 실험 장치를 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 압전 소자부의 전극에 인가되는 입력 전압의 파형과, LDV(Laser Doppler Vibrometer)에 의해 측정된 출력 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 7a는 도 6a에 도시된 실험 장치의 압전 소자부에 10Vp-p의 입력 전압을 인가 할 때, 질량체의 무게 변화에 따른 LDV의 측정값으로부터 산출된 진동 변위를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 도 6a에 도시된 실험 장치의 압전 소자부에 20Vp-p의 입력 전압을 인가할 때, 질량체의 무게 변화에 따른 LDV의 측정값으로부터 산출된 진동 변위를 나타내는 그래프이다.
도 7c는 사체의 중이에 이식된 도 1에 도시된 압전형 진동자에 인가되는 입력 전압과 질량체의 변화에 따라, LDV로 측정한 등골의 진동 변위를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 압전형 진동자의 D-D' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 압전형 진동자의 E-E' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 탄성체의 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 탄성체의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 압전형 진동자의 H-H' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 압전형 진동자의 개략적인 단면도이 다.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 압전형 진동자의 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 중이 이식형 보청기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
101∼103, 201∼203, 330 : 압전형 진동자 110, 210 : 하우징
111, 211 : 하우징 몸체 112, 212 : 하우징 마개
113, 213 : 접착 물질 120, 220 : 압전 소자부
121, 221 : 제1 전극 122, 222 : 제2 전극
123, 223 : 압전체 130 : 질량체
140, 230 : 실리콘 피복선 150, 240 : 탄성체
160, 250 : 탄성 박판 161 : 연결 림
162, 163 : 스파이럴 암 164 : 연결 허브
300 : 중이 이식형 보청기 310 : 마이크로폰
320 : 신호 처리기
본 발명은 진동자 및 이를 포함하는 보청기에 관한 것으로서, 보다 상세하게 는, 압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이(中耳) 이식형 보청기에 관한 것이다.
일반적으로, 보청기는 사용자의 난청 정도 및 설치 위치에 따라 외부 거치형과 내부 이식형으로 분류할 수 있다. 이 중에서 내부 이식형 보청기는 외부 거치형 보청기를 사용하기에 곤란한 고도 난청자들에게 적합하다. 내부 이식형 보청기는 중이를 대체하는 인공 중이 이식형과 내이를 대체하는 인공 내이 이식형(인공 와우형) 등으로 분류할 수 있다. 인공 중이 이식형 보청기는 통상적으로 진동자를 포함하는데, 진동자는 영구자석과 코일을 포함하는 트랜스듀서형 진동자와, 압전 소자와 전극을 포함하는 압전형 진동자를 포함한다. 트랜스듀서형 진동자를 포함하는 보청기를 이식받은 난청자가 MRI(Magnetic resonance imaging) 촬영을 하게 될 때, MRI의 강한 자장에 의해 트랜스듀서형 진동자의 동작이 영향을 받게 된다. 따라서 최근에는 이소골에 설치되는 것이 용이하고, 환경 자장에 의한 영향을 피할 수 있는 압전 플로팅 매스(piezoelectric floating mass transducer; PFMT) 타입의 압전형 진동자를 포함하는 보청기의 사용이 증가하고 있다. 한편, 압전형 진동자의 효율은 보청기의 배터리의 충전 주기와 수명을 결정하는 중요한 요인으로 작용하고 있다. 즉, 배터리의 충전 주기를 증가시키기 위해서는, 압전형 진동자가 최소한의 전력으로 장시간 동안 구동할 수 있어야 한다. 따라서 압전형 진동자의 진동 변위를 중이에 충분히 전달할 수 있는(즉, 진동 효율이 좋은) 구조를 갖는 압전형 진동자가 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일측에 질량체가 부착된 압 전 소자부를 포함함으로써, 진동 효율을 증가시킬 수 있는 압전형 진동자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 일측에 질량체가 부착된 압전 소자부를 포함함으로써, 진동 효율을 증가시킬 수 있는 압전형 진동자를 포함하는 중이 이식형 보청기를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 압전형 진동자는, 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징; 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부; 및 상기 하우징의 제1 내부 측벽과 내벽으로부터 떨어져 있고, 제1 측면이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 하우징은, 적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가지는 하우징 몸체; 상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는 하우징 마개; 및 상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가지는 접착 물질을 포함한다.
상기 압전형 진동자는 상기 압전 소자부의 제2 측면과 상기 하우징의 제2 내부 측벽 사이에 접속되는 탄성체를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성체는 고무, 실리콘 고무 및 폴리이미드 중 어느 하나로 구현될 수 있거나, 또는 SUS 계열의 탄성 박판으로서 구현될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면에 따른 압전형 진동자는, 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징; 및 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부를 포함하고, 상기 하우징은 제1 내부 측벽이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체로서 작용하는 것을 특징으로 한다. 상기 하우징은, 적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가지는 하우징 몸체; 상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는 하우징 마개; 및 상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가지는 접착 물질을 포함한다.
상기 압전형 진동자는 상기 압전 소자부의 제2 측면과 상기 하우징의 제2 내부 측벽 사이에 접속되는 탄성체를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성체는 고무, 실리콘 고무 및 폴리이미드 중 어느 하나로 구현될 수 있거나, 또는 SUS 계열의 탄성 박판으로서 구현될 수 있다.
상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 중이 이식형 보청기는, 난청자의 외이(外耳)에 이식되어, 외부의 소리 신호를 수신하고, 수신된 소리 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 마이크로폰; 상기 난청자의 외이(外耳)의 주변에 이식되어, 상기 마이크로폰으로부터 수신되는 상기 전기적 신호에 응답하여, 적어도 두 개의 입력 전압을 적어도 두 개의 도선에 각각 출력하는 신호 처리기; 및 클램프(clamp)에 의해 상기 난청자의 중이(中耳)의 이소골의 침골에 부착되고, 상기 적어도 두 개의 도선을 통하여 수신되는 상기 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여, 상기 침골을 진동시키는 압전형 진동자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압전형 진동자는, 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징; 상기 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부; 및 상기 하우징의 한쪽 내부 측벽과 내벽으로부터 떨어져 있고, 제1 측면이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 하우징은, 적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가지는 하우징 몸체; 상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는 하우징 마개; 및 상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가지는 접착 물질을 포함한다.
택일적으로, 압전형 진동자는, 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징; 및 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부를 포함하고, 상기 하우징은 제1 내부 측벽이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체로서 작용하는 것을 특징으로 한다.
상기 압전형 진동자는 상기 압전 소자부의 제2 측면과 상기 하우징의 제2 내부 측벽 사이에 접속되는 탄성체를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성체는 고무, 실리콘 고무 및 폴리이미드 중 어느 하나로 구현될 수 있거나, 또는 SUS 계열의 탄성 박판으로서 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전형 진동자의 구성 및 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 하우징 몸체의 사시도이다. 또, 도 3은 도 1에 도시된 압전형 진동자의 B-B' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참고하면, 압전형 진동자(101)는 하우징(110), 압전 소자 부(120), 및 질량체(130)를 포함한다. 하우징(110)은 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 갖는다. 바람직하게, 하우징(110)의 유효 지름은 2.0㎜ 이하로 설정될 수 있고, 그 장 방향 축의 길이는 2.2㎜ 이하로 설정될 수 있다. 하우징(110)은 하우징 몸체(111), 하우징 마개(112), 및 접착 물질(113)을 포함한다. 하우징 몸체(111)는 도 2에서 참조되는 것과 같이, 적어도 하나의 제1 관통 홀(111a)과, 적어도 하나의 제2 관통 홀(111b)을 포함한다. 바람직하게, 제2 관통 홀(111b)은 제1 관통 홀(111a)보다 더 크고, 하우징(110)의 제1 내부 측벽(114, 도 3참고) 또는 제2 내부 측벽(115)에 인접하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 관통 홀(111b)이 하우징(110)의 제2 내부 측벽(115)에 인접하여 형성된 경우를 일례로서 설명한다. 제2 관통 홀(111b)의 크기는 하우징 몸체(111)의 측면의 일부 또는 전체의 크기와 동일하게 설정될 수 있다. 하우징 마개(112)는 제2 관통 홀(111b)에 대응하는 크기를 갖는다. 하우징 몸체(111)와 하우징 마개(112)는 생체 적합성이 있는 초소형 티타늄 혹은 이와 동등한 특성을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 접착 물질(113)은 하우징 몸체(111)의 제2 관통 홀(111b)에 하우징 마개(112)를 기밀 방수 접착시킨다. 좀 더 상세하게는, 접착 물질(113)은 하우징 몸체(111)의 제2 관통 홀(111b)과 하우징 마개(112) 사이에 삽입되며, 생체적합성과 탄성을 가지는 방수 실리콘 또는 파릴렌(parylene)을 포함할 수 있다. 택일적으로, 도 1 및 도 3에 구체적으로 도시되지는 않았지만, 접착 물질(113)이 하우징 몸체(111)의 제2 관통 홀(111b)과 하우징 마개(112) 사이에 삽입되면서 하우징(110)의 외부면 전체를 코팅할 수 있다. 이 경우에도, 접착 물질(113)은 생체적합성과 탄성을 가지는 방수 실리콘 또는 파릴렌을 포함할 수 있다. 또한, 이처럼 접착 물질(113)이 하우징(110)의 외부면에 코팅될 경우, 하우징 몸체(111)와 하우징 마개(112)를 이루는 물질은 금속 물질 중에서 다양하게 선택될 수 있다.
압전 소자부(120)는 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 하우징(110)을 진동시킨다. 좀 더 상세하게는, 압전 소자부(120)는 제1 전극(121), 제2 전극(122), 및 압전체(123)를 포함한다. 제1 전극(121)은 제1 도전판(121a)과 복수의 제1 돌출부(121b)를 포함한다. 제1 도전판(121a)에는 적어도 두 개의 입력 전압 중 하나의 공급을 위한 제1 도선(124)이 전기적으로 연결된다. 제1 도전판(121a)은 하우징(110)의 제2 내부 측벽(115)과 질량체(130)의 제1 측면간에 접속된다. 복수의 제1 돌출부(121b)는 제1 도전 판(121a)의 일면에 제1 설정 간격을 두고 형성되며, 복수의 제1 돌출부(121b) 각각은 도전성을 가진다. 제2 전극(122)은 제2 도전판(122a)과 복수의 제2 돌출부(122b)를 포함한다. 제2 도전판(122a)에는 적어도 두 개의 입력 전압 중 다른 하나의 공급을 위한 제2 도선(125)이 전기적으로 연결된다. 제2 도전판(122a)은 제1 도전 판(121a)으로부터 제2 설정 간격을 두고 하우징(110)의 제2 내부 측벽(115)과 질량체(130)의 제1 측면간에 접속된다. 여기에서, 제1 및 제2 도선(124, 125)으로서 가요성이 풍부한 미세 연선이 사용될 수 있고, 제1 및 제2 도선(124, 125)은 하우징 몸체(111)의 제1 관통 홀(111a)을 통하여 하우징(110)의 외부로 인출된다. 제1 관통 홀(111a)로부터 인출된 제1 및 제2 도선(124, 125)은 생체적합성을 가지는 실리콘 피복선(140)에 의해 피복될 수 있다. 실리콘 피복선(140)은 생체적합성을 가지는 실리콘 수지(141)에 의해 제1 관통 홀(111a)에 방수 접착될 수 있다. 복수의 제2 돌출부(122b)는 복수의 제1 돌출부(121b) 사이에 각각 하나씩 배치되도록 제2 도전 판(122a)의 일면에 제1 설정 간격을 두고 형성된다. 또한, 복수의 제2 돌출부(122b) 역시 도전성을 가진다. 복수의 제1 돌출부(121b) 중 하나 또는 복수의 제2 돌출부(122b) 중 하나의 일면이 하우징(110)의 제2 내부 측벽(115)에 부착될 수 있다.
압전체(123)는 제1 전극(121)과 상기 제2 전극(122)을 절연시키면서, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 공간을 채우도록 형성된다. 압전체(123)는 예를 들어, 납마그네슘니오베이트/납티타네이트(PMN-PT; Lead Magnesium Niobate/Lead Titanate)와 같은 고효율 압전 단결정 물질로 이루어질 수 있다. 납마그네슘니오베이트/납티타네이트는 티탄산지르코늄납(PZT; Plumbum-Zirconate-Titanate)에 비하여 동일한 입력 전압에 대해 더 높은 진동 변위 특성을 가진다. 압전체(123)는 적어도 두 개의 입력 전압이 제1 및 제2 전극(121, 122)에 각각 공급될 때, 적어도 두 개의 입력 전압의 크기에 따라 팽창하거나 또는 수축한다. 그 결과, 압전 소자부(120)가 진동하고, 압전 소자부(120)의 진동이 하우징(110)에 전달되어 하우징(110)이 진동하게 된다.
질량체(130)는 하우징(110)의 제1 내부 측벽(114)과 내벽(116)으로부터 떨어져 있고, 그 제1 측면이 압전 소자부(120)의 제1 측면에 부착된다. 질량체(130)는 압전 소자부(120)가 하우징(110)을 진동시킬 때, 압전 소자부(120)의 진동 효율을 증가시킨다. 질량체(130)를 이루는 물질로서 부피가 작으면서 질량이 큰 금속이 사용되는 것이 바람직하다. 또, 질량체(130)의 무게는 하우징(110)의 무게보다 더 크 게 설정되는 것이 바람직하다. 질량체(130)의 무게는 이소골 사슬에 대한 압전형 진동자(101)의 로딩과, 제한된 하우징(110)의 내부 용적을 고려하여, 예를 들어, 50㎎ 미만으로 설정될 수 있다.
도 4a 내지 도 7c를 참고하여, 압전 소자부(120)에 질량체(130)가 부착된 경우 압전 소자부(120)의 진동 변위가 그렇지 않은 경우의 압전 소자부(120)의 진동 변위보다 더 증가하게 되는 이유를 설명하면 다음과 같다. 도 4a는 도 1에 도시된 압전형 진동자의 이론적인 모델링을 위한 모식도이다. 도 4a에서 K1 내지 KN(N은 정수)은 이소골의 강성 요소들(즉, 압전형 진동자(101)에 의해 발생되는 진동을 이소골의 근육이 저항하는 정도)을 나타내고, C1 내지 CN(N은 정수)은 이소골의 감쇠 요소들(즉, 이소골의 강성 요소들에 의해 이소골의 진동이 감소하는 정도)을 나타낸다. 여기에서, 이소골(ossicles)은 도 18에서 참조되는 것과 같이 중이(中耳)의 추골(malleus), 침골(incus), 및 등골(stapes)을 포함한다. M1은 이소골의 무게를, MP는 압전 소자부(120)의 무게를, M2는 질량체(130)의 무게를 각각 나타낸다. x는 이소골의 진동 변위를 나타내고, F는 압전 소자부(120)의 팽창 및 수축에 의해 발생되는 힘을 나타낸다. 여기에서, 이소골의 강성 요소들(K1 내지 KN)의 합을 K로 나타내고, 이소골의 감쇠 요소들(C1 내지 CN)의 합을 C로 나타내면, 도 4a에 도시된 모식도는 도 4b에 도시된 1자유도계의 기계계로 모델링될 수 있다. 도 4b의 모식도에서, 힘 F(t)는 1자유도계의 함수인 아래의 수학식으로서 표현될 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00001
[수학식 1]에 뉴턴의 제2 법칙을 적용하면 [수학식 1]은 아래의 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00002
[수학식 2]에서 M은 이소골의 무게(M1), 압전 소자부(120)의 무게(MP), 및 질량체(130)의 무게(M2)의 합이고, F0는 압전형 진동자(101)의 공진 주파수이다. [수학식 2]의 특별 해는 아래의 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00003
[수학식 3]에서, X와 φ는 상수로서, 진동 주파수의 위상의 진폭과 위상각을 각각 나타낸다. [수학식 2] 및 [수학식 3]에 기초하여 진폭(X)와 위상각(φ)은 아래의 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같이 유도될 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00004
Figure 112006068741095-pat00005
또한 [수학식 2] 및 [수학식 3]으로부터 비감쇠 고유 진동수(ωn)와 감쇠 고유 진동수(ωd)를 계산하면, 아래의 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00006
Figure 112006068741095-pat00007
도 5는 도 1에 도시된 압전소자의 팽창 및 수축에 따른 진동 변위를 산출하기 위한 모식도이다. 다시 말하면, 도 5는 압전 소자부(120)의 진동에 의해 발생하는 힘(Fp)의 작용과 반작용에 의해 발생하는 진동 변위를 나타낸다. 즉, 도 5에서, (a)는 압전 소자부(120)가 팽창하기 전의 이소골(무게 M1), 압전 소자부(무게 MP), 및 질량체(무게 M2)를 나타낸다. (b)는 압전 소자부(120)가 팽창할 때, 이소골 방향으로 가해지는 힘과 팽창된 길이(즉, 압전 소자부(120)의 이동 거리)의 관계를 나타내는 도면이다. (c)는 압전 소자부(120)가 팽창할 때, 질량체 방향으로 가해지 는 힘과 팽창된 길이의 관계를 나타내는 도면이다. (d)는 압전 소자부(120)가 팽창할 때, 이소골 방향으로 가해지는 힘 및 질량체 방향으로 가해지는 힘과, 팽창된 길이의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5에서, 감쇠 요소를 무시하고, 이소골(무게 M1), 압전 소자부(무게 MP), 및 질량체(무게 M2)가 동일 직선상에서 운동하며, 압전 소자부(120)가 양방향으로 동일한 길이(△d)만큼 팽창하는 것으로 가정할 때, 길이(△d)는 아래의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00008
여기에서, S1은 압전 소자부(120)로부터 이소골 방향으로 가해진 힘의 작용에 의한 변위(즉, 이동 거리)이다. S1'는 압전 소자부(120)로부터 이소골 방향으로 가해진 힘의 반작용에 의한 변위이다. S2는 압전 소자부(120)로부터 질량체 방향으로 가해진 힘의 반작용에 의한 변위이다. S2'는 압전 소자부(120)로부터 질량체 방향으로 가해진 힘의 작용에 의한 변위이다.
한편, 작용과 반작용에 의한 이소골, 압전 소자부, 및 질량체의 무게와 이동 거리의 관계는 뉴턴의 제3 법칙에 의해, 아래의 [수학식 9] 및 [수학식 10]으로 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00009
Figure 112006068741095-pat00010
따라서 도 4b로서 나타낸 기계계 모델의 진동 변위 x는 압전 소자부(120)의 팽창 및 수축에 의해 발생되는 힘(F)에 비례하고, 감쇠 요소(C)에 반비례한다. 또, [수학식 4]에서 참조되는 것과 같이, 공진 주파수(F0)는 전체 무게(M)가 증가하면 감소하고, 전체 감쇠 요소(C)가 감소하면 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, [수학식 9] 및 [수학식 10]으로부터 이소골 측의 변위(S1 + S2)는 이소골의 무게(M1)가 일정할 때, 질량체의 무게(M2)가 증가할수록 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, [수학식 9] 및 [수학식 10]에 기초하여 계산된 이소골 측의 변위량(S1 + S2)은 아래의 [수학식 11]로 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00011
[수학식 11]에서 알 수 있는 것과 같이, 이소골 측의 변위량(S1 + S2)은 S1과 S2의 변위를 질량비로 분할한 값의 합에 해당한다. 만일 질량체의 무게(M2)가 0(제로)인 것으로 가정하면, 이소골 측의 변위량(S1 + S2)은 아래의 [수학식 12]로 나타낼 수 있다.
Figure 112006068741095-pat00012
[수학식 11]과 [수학식 12]를 비교해 보면, [수학식 12]의 이소골 측의 변위량이 [수학식 11]의 이소골 측의 변위량보다 현저하게 감소한 것을 알 수 있다. 질량체에 의해 압전 소자부(120)의 진동 변위가 증가하는 이러한 이론상의 효과는 도 6a에 도시된 실험 장치를 통하여 실험적으로 증명될 수 있다.
도 6a는 도 1에 도시된 압전형 진동자에서 질량체의 무게 변화에 따른 압전형 진동자의 진동 변화를 실험하기 위한 실험 장치를 나타내는 도면이다. 도 6a를 참고하면, 실험 장치(50)는 테이블(51), 지지대(52), 고무(rubber)(53), 제1 질량체(54), 압전 소자부(55), 제2 질량체(56), 광 반사판(57), 및 레이저 진동 측정기(Laser Doppler Vibrometer; 이하, "LDV"라 약칭함)(58)를 포함한다. 테이블(51)은 흔들림이 없도록 설치되는 것이 바람직하다. 테이블(51)의 일 측단에 테이블(51)에 수직하게 지지대(52)가 설치된다. 지지대(52)의 일 측면에는 고무(53), 제1 질량체(54), 압전 소자부(55), 및 제2 질량체(56)가 순서로 부착되어 있다. 고무(53)는 이소골에 대한 강성 요소(K)와 감쇠 요소(C)에 해당한다. 압전형 진동자(101)가 1.5 내지 2.0 ㎑의 공진 주파수를 얻도록 하기 위해, 실험 장치(50)에서는 고무(53)로서 단면적이 6.25 ×10-6㎡이고, 두께가 8 ×10-4m이고, 탄성 계수가 1.38 Gpa인 실리콘 계열의 고무가 사용된다. 제1 질량체(54)는 이소골에 대응하는 것으로서, 이소골의 무게와 유사하게 대략 56㎎으로 설정된다. 제1 질량체(54)는 6.25 ×10-6㎡의 단면적과 1.1 ×10-3m의 두께를 갖는 SUS(steel use stainless)304로서 구현하였다. 제2 질량체(56)는 압전형 진동자(101)에 포함되는 질량체(130)에 대응하는 것으로서, 그 무게를 가변시키면서 압전 소자부(55)의 진동 변위를 측정하기 위해 압전 소자부(55)에 설치된다. 제2 질량체(56)는 LVD(58)의 측정 동작에 영향을 주지 않도록 하기 위해 6.25 ×10-6㎡이하의 단면적을 가지는 SUS304로서 구현하였다. 광 반사판(57)은 제1 질량체(54)의 일측단에 설치된다. 상기와 같이 구성된 실험 장치(50)에 의해, LVD(58)는 광 반사판(57)에 레이저 빛을 조사하고 그 반사된 빛을 수신하여, 제1 질량체(54)의 진동 변위를 측정한다. 이 실험 과정에서는, 제2 질량체(56)의 무게를 변경하면서 100㎐∼10㎑의 주파수 대역에서 제1 질량체(54)의 진동 변위를 측정하는 동작이 반복적으로 실행된다.
한편, 도 6b는 압전 소자부(55)의 전극에 인가되는 입력 전압의 파형(IN)과, LDV(58)에 의해 측정된 출력 전압의 파형(OUT)을 나타내는 도면이다. 또, 압전 소자부(55)의 전극에 인가되는 입력 전압의 스윙 폭이 10Vp-p일 경우, 질량체(즉, 제2 질량체(56))의 무게 변화에 따른 LDV의 측정값으로부터 산출된 진동 변위를 나타내는 그래프가 도 7a에 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 그래프들(W1∼W6)은 제2 질량체(56)의 무게가 각각 0㎎, 20㎎, 45㎎, 54㎎, 75㎎, 95㎎일 때, 제1 질량체(54)의 진동 변위를 나타낸다. 또, 도 7b에는 압전 소자부(55)의 전극에 인가되는 입력 전압의 스윙 폭이 20Vp-p일 경우, 제2 질량체(56)의 무게 변화에 따른 LDV의 측정값으로부터 산출된 진동 변위를 나타내는 그래프가 도시되어 이다. 도 7b에 도시된 그래프들(W1∼W6) 역시 제2 질량체(56)의 무게가 각각 0㎎, 20㎎, 45㎎, 54㎎, 75㎎, 95㎎일 때, 제1 질량체(54)의 진동 변위를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b의 그래프들(W1∼W6)로부터 참조되는 것과 같이, 제2 질량체(56)의 변화에 따라 제1 질량체(54)의 공진 주파수는 1.2㎑∼1.9㎑의 범위에 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7a 및 도 7b의 그래프들(W1∼W6)로부터, 제2 질량체(56)의 무게가 0일 때는 제1 질량체(54)의 진동 변위가 현저하게 감소하지만, 제2 질량체(56)의 무게가 증가할수록 제1 질량체(54)의 공진 주파수는 감소하고, 그 진동 변위가 증가하는 것을 알 수 있다. 제1 질량체(54)의 무게와 제2 질량체(56)의 무게가 거의 같은 경우(즉, 제2 질량체(56)가 54㎎인 경우), 공진점 부근(P)을 제외하면 압전 소자부(55)의 전체 진동 변위의 약 1/2인 45㎚ ∼ 55㎚(압전 소자부(55)의 전극에 10Vp-p의 입력 전압 인가시)이고, 80㎚ ∼ 90㎚(압전 소자부(55)의 전극에 20Vp-p의 입력 전압 인가시)이다. 또한 압전 소자부(55)의 입력 전압을 10Vp-p에서 20Vp-p로 증가시키면, 제1 질량체(54)의 진동 변위도 약 2배 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7c는 사체의 중이에 이식된 도 1에 도시된 압전형 진동자에 인가되는 입력 전압과 질량체의 변화에 따라, LDV로 측정한 등골의 진동 변위를 나타내는 그래프이다. 도 7c의 그래프들(W11∼W14)은 100㎐∼10㎑의 주파수 대역의 소리에 대한 등골의 진동 변위를 나타낸다. 그래프들(W11∼W14)에 대응하는 질량체(130)의 무게와 입력 전압을 표로서 나타내면 다음과 같다.
그래프 질량체(130)의 무게(M2) 입력 전압의 스윙폭
W11 0㎎ 10Vp-p
W12 0㎎ 20Vp-p
W13 20㎎ 10Vp-p
W14 20㎎ 20Vp-p
또, 도 7c에서, 그래프(W15)는 100㏈ SPL(sound pressure level)의 소리의 진동 변위를 나타낸다. 도 7c의 그래프들(W11∼W15)로부터 참조되는 것과 같이, 압전 소자부(120)의 전극에 20Vp-p의 입력 전압 인가시, 질량체(130)가 20㎎인 경우, 6㎑까지 100㎚ 이상의 진동 변위가 발생하였다. 따라서 질량체(130)를 포함하는 압전형 진동자(101)에 의하면, 10㎑까지의 심도 난청자의 청력 역치 이상에 해당하는 높은 100㏈ SPL의 등가 음압을 인가한 경우보다 더 큰 진동 변위의 생성이 가능함을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 압전형 진동자의 D-D' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 압전형 진동자(102)는 하우징(110), 압전 소자부(120), 질량체(130), 및 탄성체(150)를 포함한다. 압전형 진동자(102)의 구성 및 구체적인 동작은 탄성체(150)를 제외하고 상술한 압전형 진동자(101)와 실질적으로 유사하다. 따라서 설명의 중복을 피하기 위해 압전형 진동자(101, 102)간의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. 탄성체(150)는 압전 소자부(120)의 측면과 하우징(110)의 내부 측벽(115) 사이에 접속된다. 바람직하게, 탄성체(150)를 이루는 물질은 고무, 실리콘 고무 및 폴리이미드 중 어느 하나인 고분자 화합물을 포함한다. 이처럼 압전형 진동자(102)에 탄성체(150)를 더 추가한 이유는, 압전 소자부(120)가 수백 ㎑까지 평탄한 주파수 특성을 가지고 진동하지만, 실제로 사람의 귀는 15㎑까지의 소리만 들어도 충분하고, 의사 소통에 가장 많이 사용하는 주파수 대역이 3㎑를 중심으로 ±2㎑ 정도의 대역폭을 가지므로, 압전형 진동자로 하여금 3㎑를 중심으로 완만한 공진 특성을 갖도록 할 필요가 있기 때문이다. 따라서 탄성체(150)에 의해 공명을 일으켜 해당 주파수 특성을 얻기 위함이다.
한편, 탄성체(150)의 크기는 하우징(110) 내부에 수용될 수 있는 한 다양하게 변경될 수 있다. 탄성체(150)의 크기가 변경될 때, 압전형 진동자(102)의 진동 주파수가 변경된다. 예를 들어, 탄성체(150)의 크기가 증가할 경우, 압전형 진동자(102)의 진동 주파수가 감소하고, 탄성체(150)의 크기가 감소할 경우, 압전형 진동자(102)의 진동 주파수가 증가한다. 결국, 증가된 크기의 탄성체(150)를 포함하는 압전형 진동자(102)는 저주파수 난청자에게 사용되는 것이 적합하며, 감소된 크기의 탄성체(150)를 포함하는 압전형 진동자(102)는 고주파수 난청자에게 사용되는 것이 적합하다. 한편, 탄성체(150)를 포함하는 압전형 진동자(102)는 탄성체를 포함하지 않는 압전형 진동자(101)에 비해, 청명한 의사 소통에 필요한 4㎑∼5㎑의 주파수 대역(즉, 가청대역)에서 보다 높은 진동 변위를 일으킬 수 있는 이점이 있다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 압전형 진동자의 E-E' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다. 도 10 및 도 11에 도시된 압전형 진동자(103)는 하우징(110), 압전 소자부(120), 질량체(130), 및 탄성체(160)를 포함한다. 압전형 진동자(103)의 구성 및 구체적인 동작은 탄성체(160)를 제외하고 상술한 압전형 진동자(101)와 실질적으로 유사하다. 따라서 설명의 중복을 피하기 위해 압전형 진동자(101, 103)간의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. 탄성체(160)는 도 12 및 도 13에 도시된 SUS 계열(예를 들어, SUS-316L)의 탄성 박판으로 구현될 수 있다. 이하, 탄성체(160)는 탄성 박판으로서 참조된다. 탄성 박판(160)은 단순한 식각 공정에 의해 용이하게 제조될 수 있고, 다른 탄성 재료들에 비해 내구성이 우수하다. 탄성 박판(160)은 연결 림(rim)(161), 적어도 두 개의 스파이럴 암(spiral arm)(162, 163), 및 연결 허브(hub)(164)를 포함한다. 연결 림(161), 적어도 두 개의 스파이럴 암(162, 163), 및 연결 허브(164)는 일체로 형성된다. 연결 림(161)은 하우징(110)의 내부 측벽(115)으로부터 설정된 간격을 두고, 하우징(110)의 내벽(116)에 부착된다. 연결 림(161)은 링 형상을 가질 수 있다. 적어도 두 개의 스파이럴 암(162, 163)은 설정된 곡률을 가지며, 연결 림(161)의 내주 면으로부터 돌출되도록 형성된다. 연결 허브(164)는 연결 림(161)에 의해 정의되는 공간 내에서 적어도 두 개의 스파이럴 암(162, 163)을 상호 연결한다. 연결 허브(164)의 일면에는 압전 소자부(120)가 부착된다. 압전형 진동자(103)의 진동 주파수는 적어도 두 개의 스파이럴 암(162, 163)의 길이와 폭에 의해 결정될 수 있다. 따라서 스파이럴 암(162, 163)의 길이와 폭을 조절함으로써, 원하는 진동 주파수로 진동하는 압전형 진동자(103)를 용이하게 구현할 수 있다. 적어도 두 개의 스파이럴 암(162, 163)의 길이는 설정된 곡률의 변화에 따라 변화할 수 있다. 택일적으로, 스파이럴 암(162, 163)의 곡률을 고정시키고, 연결 림(161)의 지름을 증가 또는 감소시킴으로써, 스파이럴 암(162, 163)의 길이를 조절할 수도 있다. 이 경우, 연결 림(161)이 하우징(110)의 내벽(116)으로부터 떨어지게 되어, 연결 림(161)이 하우징(110)의 내벽(116)에 부착되기 어려우므로, 연결 림(161)과 하우징(110)의 내벽(116) 사이에는 별도의 받침 림(미도시)이 추가로 연결될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전형 진동자의 분해 사시도이고, 도 15는 도 14에 도시된 압전형 진동자의 H-H' 부분을 절단한 개략적인 단면도이다. 도 14 및 도 15에 도시된 압전형 진동자(201)는 하우징(210) 및 압전 소자부(220)를 포함한다. 압전형 진동자(201)의 구성 및 구체적인 동작은 몇 가지 차이점을 제외하고 상술한 압전형 진동자(101)와 실질적으로 유사하다. 따라서 설명의 중복을 피하기 위해 압전형 진동자(101, 201)간의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. 압전형 진동자(101, 201)간의 차이점은 압전형 진동자(201)가 별도의 질량체를 포함하지 않고, 압전 소자부(220)의 일측면에 질량체가 아닌 하우징(210)의 내부 측벽(214)이 부착된다는 점이다. 즉, 하우징(210)은 압전 소자부(220)가 하우징(210)을 진동시킬 때, 압전 소자부(220)의 진동 효율을 증가시키는 질량체로서 작용한다. 하우징(210)의 구성 및 구체적인 동작은 상술한 하우징(110)과 유사하다. 하우징(210)의 내부 측벽(214 또는 215)의 두께는 하우징(210)의 내벽(216)의 두께보다 크게 설정될 수 있다. 택일적으로, 하우징(210)의 내부 측벽(214 및 215)의 두께와 내벽(216)의 두께가 동일하게 설정될 수도 있다. 이 경우, 하우징(210)의 내부 측벽(214 및 215)의 두께와 내벽(216)의 두께는 하우징(110)의 내부 측벽(114, 115)의 두께보다 더 크다. 또, 하우징(210)은 생체적합성이 있으면서 비중이 높은 금 또는 백금으로 제조되는 것이 바람직하고, 그 무게는 50㎎ 미만으로 설정되는 것이 바람직하다. 택일적으로, 접착 물질(213)이 하우징(210)의 외부면 전체를 코팅할 경우, 하우징(210)은 금속 재질에 제한을 두지 않으며 제한된 크기에 필요한 질량을 가질 수 있는 어떠한 금속 질량체라도 될 수 있다. 이처럼 하우징(210)이 질량체로서 사용될 경우, 별도의 질량체가 차지했던 면적만큼 압전 소자부(220)의 길이를 더 증가시킬 수 있으므로, 더 큰 진동 변위를 얻을 수 있다. 또한 별도의 질량체를 사용하지 않아도 되므로, 압전형 진동자(210)의 부품 수가 감소하여 제조가 용이하고, 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 압전형 진동자(210)의 전체 무게가 감소하여 이소골의 역작용감이 경감될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 압전형 진동자의 개략적인 단면도이다. 도 16을 참고하면, 압전형 진동자(202)는 하우징(210), 압전 소자부(220), 및 탄성체(240)를 포함한다. 압전형 진동자(202)의 구성 및 구체적인 동작은 하우징(210)이 질량체의 역할을 하는 점을 제외하고, 도 9에 도시된 압전형 진동자(102)와 유사하므로, 설명의 간략화를 위해 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 압전형 진동자의 개략적인 단면도이다. 도 17을 참고하면, 압전형 진동자(203)는 하우징(210), 압전 소자부(220), 및 탄성체(250)를 포함한다. 압전형 진동자(203)의 구성 및 구체적인 동작은 하우징(210)이 질량체의 역할을 하는 점을 제외하고, 도 11에 도시된 압전형 진동자(103)와 유사하므로, 설명의 간략화를 위해 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 18은 인체에 이식된 본 발명의 일 실시예에 따른 중이 이식형 보청기를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 18을 참고하면, 중이 이식형 보청기(300)는 마이크로폰(310), 신호 처리기(320), 및 압전형 진동자(330)를 포함한다. 마이크로폰(310)은 난청자의 외이(外耳)에 이식되어, 외부의 소리 신호를 수신하고, 수신된 소리 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 신호 처리기(320)는 난청자의 외이(外耳)의 주변에 이식되어, 마이크로폰(310)으로부터 수신되는 전기적 신호에 응답하여, 적어도 두 개의 입력 전압을 적어도 두 개의 도선(도면에서는 두 개의 도선이 피복된 하나의 선으로만 도시됨)(340)에 각각 출력한다. 압전형 진동자(330)는 클램프(clamp)(350)에 의해 난청자의 중이(中耳)의 이소골의 침골에 부착된다, 압전형 진동자(330)는 도선(340)을 통하여 수신되는 입력 전압에 응답하여, 침골을 진동시킨다. 압전형 진동자(330)로서 앞서 설명한 제1 내지 제6 실시예 중 어느 하나에 따른 압전형 진동자가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기한 실시예들은, 압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이식형 보청기에 대하여 기술되었는데, 이들은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 압전형 진동자 및 이를 포함하는 중이 이 식형 보청기는 진동 효율을 증가시킬 수 있고, 그 제작이 용이하며, 용이하게 진동 주파수의 특성을 조절할 수 있다.

Claims (29)

  1. 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징;
    적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부; 및
    상기 하우징의 제1 내부 측벽과 내벽으로부터 떨어져 있고, 제1 측면이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체를 포함하고,
    상기 하우징은,
    적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가지는 하우징 몸체;
    상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는 하우징 마개; 및
    상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가지는 접착 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 관통 홀은 상기 하우징의 제1 내부 측벽 또는 상기 하우징의 제2 내부 측벽에 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 관통 홀의 크기는 상기 하우징 몸체의 측면의 일부 또는 전체의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착 물질은 상기 제2 관통 홀과 상기 하우징 마개 사이에 삽입되며, 생체적합성을 가지는 방수 실리콘 또는 파릴렌(parylene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착 물질은 상기 제2 관통 홀과 상기 하우징 마개 사이에 삽입되고, 상기 하우징의 외부면 전체를 코팅하며, 생체적합성을 가지는 방수 실리콘 또는 파릴렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자부는,
    상기 적어도 두 개의 입력 전압 중 하나의 공급을 위한 제1 도선이 전기적으로 연결되고, 상기 하우징의 제2 내부 측벽과 상기 질량체의 상기 제1 측면간에 접속된 제1 도전 판과, 상기 제1 도전 판의 일면에 제1 설정 간격을 두고 형성된 도전성을 가지는 복수의 제1 돌출부를 포함하는 제1 전극;
    상기 적어도 두 개의 입력 전압 중 다른 하나의 공급을 위한 제2 도선이 전기적으로 연결되고, 상기 제1 도전 판으로부터 제2 설정 간격을 두고 상기 하우징의 제2 내부 측벽과 상기 질량체의 상기 제1 측면간에 접속된 제2 도전 판과, 상기 복수의 제1 돌출부들 사이에 각각 배치되도록 상기 제2 도전 판의 일면에 상기 제1 설정 간격을 두고 형성된 도전성을 가지는 복수의 제2 돌출부를 포함하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 절연시키면서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 공간을 채우도록 형성된 압전체를 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 입력 전압이 상기 제1 및 제2 전극에 각각 공급될 때, 상기 적어도 두 개의 입력 전압의 크기에 따라 상기 압전체가 팽창 또는 수축하고,
    상기 제1 도선과 상기 제2 도선은 상기 하우징 몸체의 상기 제1 관통 홀을 통하여 상기 하우징 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압전 소자부의 제2 측면은 상기 하우징의 상기 제2 내부 측벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 돌출부 중 하나 또는 상기 복수의 제2 돌출부 중 하나의 일 면이 상기 하우징의 상기 제2 내부 측벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 관통 홀로부터 인출된 상기 제1 및 제2 도선을 피복하고, 생체적합성을 가지는 실리콘 수지에 의해 상기 제1 관통홀에 방수 접착되는 생체적합성을 가지는 실리콘 피복선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 압전체를 이루는 물질은 고효율 압전 단결정 물질인, 납마그네슘니오베이트/납티타네이트(PMN-PT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 질량체의 무게는 상기 하우징의 무게보다 더 큰 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자부의 제2 측면과 상기 하우징의 제2 내부 측벽 사이에 접속되는 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탄성체를 이루는 물질은 고무, 실리콘 고무 및 폴리이미드 중 어느 하나인, 고분자 화합물을 포함하고, 상기 탄성체의 크기가 변경될 때, 상기 압전형 진동자의 진동 주파수가 변경되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 탄성체는 SUS(steel use stainless) 계열의 탄성 박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 탄성 박판은,
    상기 하우징의 상기 제2 내부 측벽으로부터 설정된 간격을 두고, 상기 하우징의 내벽에 부착되는 링 형상의 연결 림(rim);
    설정된 곡률을 가지며, 상기 연결 림의 내주 면으로부터 돌출되도록 형성된 적어도 두 개의 스파이럴 암(spiral arm); 및
    상기 연결 림에 의해 정의되는 공간 내에서 상기 적어도 두 개의 스파이럴 암을 상호 연결하며, 그 일면이 상기 압전 소자부의 제2 측면에 부착되는 연결 허브(hub)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 압전형 진동자의 진동 주파수는 상기 적어도 두 개의 스파이럴 암의 길 이와 폭에 의해 결정되며, 상기 적어도 두 개의 스파이럴 암의 길이는 상기 설정된 곡률의 변화에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  18. 내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징; 및
    적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부를 포함하고,
    상기 하우징은 제1 내부 측벽이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체로서 작용하고,
    상기 하우징은,
    적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가지는 하우징 몸체;
    상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는 하우징 마개; 및
    상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가지는 접착 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하우징을 이루는 물질은 금 또는 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제1 내부 측벽의 두께 또는 제2 내부 측벽의 두께는 상기 하우징의 다른 내벽의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제1 내부 측벽, 제2 내부 측벽, 및 나머지 내벽의 두께 는 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  22. 삭제
  23. 제18항에 있어서,
    상기 접착 물질은 상기 제2 관통 홀과 상기 하우징 마개 사이에 삽입되며, 생체적합성을 가지는 방수 실리콘 또는 파릴렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 접착 물질은 상기 제2 관통 홀과 상기 하우징 마개 사이에 삽입되고, 상기 하우징의 외부면 전체를 코팅하며, 생체적합성을 가지는 방수 실리콘 또는 파릴렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 압전 소자부의 제2 측면은 상기 하우징의 제2 내부 측벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 압전 소자부의 제2 측면과 상기 하우징의 제2 내부 측벽 사이에 접속되는 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 탄성체는 SUS(steel use stainless) 계열의 탄성 박판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  28. 제27항에 있어서, 상기 탄성 박판은,
    상기 하우징의 상기 제2 내부 측벽으로부터 설정된 간격을 두고, 상기 하우징의 내벽에 부착되는 링 형상의 연결 림(rim);
    설정된 곡률을 가지며, 상기 연결 림의 내주 면으로부터 돌출되도록 형성된 적어도 두 개의 스파이럴 암(spiral arm); 및
    상기 연결 림에 의해 정의되는 공간 내에서 상기 적어도 두 개의 스파이럴 암을 상호 연결하며, 그 일면이 상기 압전 소자부의 제2 측면에 부착되는 연결 허브(hub)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동자.
  29. 난청자의 외이(外耳)에 이식되어, 외부의 소리 신호를 수신하고, 수신된 소리 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 마이크로폰;
    상기 난청자의 외이(外耳)의 주변에 이식되어, 상기 마이크로폰으로부터 수신되는 상기 전기적 신호에 응답하여, 적어도 두 개의 입력 전압을 적어도 두 개의 도선에 각각 출력하는 신호 처리기; 및
    클램프(clamp)에 의해 상기 난청자의 중이(中耳)의 이소골의 침골에 부착되고, 상기 적어도 두 개의 도선을 통하여 수신되는 상기 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여, 상기 침골을 진동시키는 압전형 진동자를 포함하고,
    상기 압전형 진동자는,
    내부에 설정된 부피의 수용 공간을 가지는 하우징;
    상기 적어도 두 개의 입력 전압에 응답하여 상기 하우징을 진동시키는 압전 소자부; 및
    상기 하우징의 한쪽 내부 측벽과 내벽으로부터 떨어져 있고, 제1 측면이 상기 압전 소자부의 제1 측면에 부착되어, 상기 압전 소자부가 상기 하우징을 진동시킬 때, 상기 압전 소자부의 진동 효율을 증가시키는 질량체를 포함하고,
    상기 하우징은,
    적어도 하나의 제1 관통 홀과, 상기 제1 관통 홀보다 큰 적어도 하나의 제2 관통 홀을 가지는 하우징 몸체;
    상기 제2 관통 홀에 대응하는 크기를 갖는 하우징 마개; 및
    상기 하우징 몸체의 상기 제2 관통 홀에 상기 하우징 마개를 기밀 방수 접착시키고, 탄성을 가지는 접착 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 중이 이식형 보청기.
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