KR101514358B1 - 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말 - Google Patents

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Abstract

(과제) 박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말을 제공한다.
(해결수단) 지지체(11)와 지지체(11)에 진동 가능하게 부착된 진동판(12)과 굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자(14)와 진동 소자(14)의 굴곡하는 표면인 제 1 표면과 진동판(12)의 한쪽 주면 사이에 개재하여 진동 소자(14)의 제 1 표면과 진동판(12)의 한쪽 주면을 접합하는 변형 가능한 제 1 접합 부재(13)를 적어도 갖고 있는 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말로 한다. 박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치 및 휴대단말을 얻을 수 있다.

Description

압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말{PIEZOELECTRIC VIBRATION DEVICE AND PORTABLE TERMINAL USING THE SAME}
본 발명은 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말에 관한 것이다.
종래 판상의 압전 바이모르프 소자와 진동판을 간격을 두고 배치함과 아울러 압전 바이모르프 소자의 길이 방향에 있어서의 일단을 진동판에 고정한 압전 진동 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
일본 특허 공개 2006-238072호 공보
그러나 상술한 종래의 압전 진동 장치는 충격이 가해졌을 때에도 압전 바이모르프 소자와 진동판이 접촉하지 않도록 압전 바이모르프 소자와 진동판 사이에 충분한 간격을 형성할 필요가 있기 때문에 박형화가 곤란하다는 문제가 있었다. 또한, 진동판의 한쪽 주면에 압전 소자의 한쪽 주면을 고정해서 압전 소자를 신축 진동시킴으로써 압전 소자와 진동판의 접합체를 굴곡 진동시키는 압전 진동 장치도 알려져 있지만 그러한 압전 진동 장치에서는 강한 진동을 얻는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 종래기술에 있어서의 문제점을 감안하여 안출된 것이며, 그 목적은 박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 압전 진동 장치는 지지체와, 상기 지지체에 진동 가능하게 부착된 진동판과, 굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자와, 상기 진동 소자가 굴곡하는 표면인 제 1 표면과 상기 진동판의 한쪽 주면 사이에 개재하여 상기 진동 소자의 상기 제 1 표면과 상기 진동판의 상기 한쪽 주면을 접합하는 변형 가능한 제 1 접합 부재를 적어도 갖고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 휴대단말은 전자 회로와 디스플레이와 상기 압전 진동 장치와 하우징을 적어도 갖고 있고, 상기 진동판이 상기 디스플레이 또는 상기 디스플레이의 일부 또는 상기 디스플레이의 커버이며, 상기 하우징에 상기 지지체가 고정되어 있거나 또는 상기 하우징의 적어도 일부가 상기 지지체인 것을 특징으로 하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명의 압전 진동 장치에 의하면 박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 휴대단말에 의하면 박형화가 가능한 휴대단말을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 예인 압전 진동 장치 및 휴대단말을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 A-A'선 단면도이다.
도 3은 도 1에 있어서의 B-B'선 단면도이다.
도 4는 도 2, 도 3에 있어서의 진동 소자(14)를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5(a)~도 5(d)는 진동 소자(14)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 진동 소자(14)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7(a)~도 7(c)는 본 발명의 실시형태의 예인 압전 진동 장치에 있어서의 진동의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 변형예인 압전 진동 장치 및 휴대단말을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태의 예인 압전 진동 장치의 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 압전 진동 장치 및 휴대단말을 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태의 예인 압전 진동 장치 및 휴대단말을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 있어서의 A-A'선 단면도이다. 도 3은 도 1에 있어서의 B-B'선 단면도이다.
본 예의 압전 진동 장치는 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이 지지체(11)와 진동판(12)과 제 1 접합 부재(13)와 진동 소자(14)와 제 2 접합 부재(16)를 구비하고 있다. 또한, 본 예의 휴대단말은 압전 진동 장치에 추가해서 디스플레이(18)와 전자 회로(도시 생략)를 구비하고 있고, 압전 진동 장치의 지지체(11)가 휴대단말에 있어서의 하우징(19)으로서 기능하고 있고, 압전 진동 장치의 진동판(12)이 휴대단말에 있어서의 디스플레이(18)의 커버로서 기능하고 있다.
지지체(11)는 1개의 면이 개구한 상자상의 형상을 갖고 있다. 지지체(11)는 강성 및 탄성이 큰 합성 수지 등의 재료를 적합하게 사용해서 형성할 수 있다. 그리고 지지체(11)는 압전 진동 장치에 있어서 진동판(12)을 진동 가능하게 지지하는 지지체로서 기능함과 아울러 휴대단말에 있어서 하우징(19)으로서 기능하고 있다.
진동판(12)은 박판상의 형상을 갖고 있다. 진동판(12)은 아크릴 수지나 유리 등의 강성 및 탄성이 큰 재료를 적합하게 사용해서 형성할 수 있다. 또한, 진동판(12)은 한쪽 주면의 주위만이 제 2 접합 부재(16)를 개재하여 지지체(11)에 고정되어 있고, 진동 가능하게 지지체(11)에 부착되어 있다. 진동판(12)의 두께는, 예를 들면 0.4㎜~1.5㎜정도로 설정된다.
제 1 접합 부재(13)는 필름상의 형상을 갖고 있다. 또한, 제 1 접합 부재(13)는 진동판(12)보다 부드러워 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있고, 진동판(12)보다 영률, 강성률, 체적 탄성률 등의 탄성률이나 강성이 작다. 즉, 제 1 접합 부재(13)는 변형 가능하며, 동일한 힘이 가해졌을 때에 진동판(12)보다 크게 변형된다. 또한, 제 1 접합 부재(13)는 진동판(12)의 한쪽 주면의 일부에 한쪽 주면이 전체적으로 고정되어 있음과 아울러 다른쪽 주면에 진동 소자(14)의 한쪽 주면이 전체적으로 고정되어 있다. 즉, 제 1 접합 부재(13)를 개재하여 진동판(12)과 진동 소자(14)가 접합되어 있다. 또한, 제 1 접합 부재(13)는 단일의 것이어도 몇개의 부재로 이루어지는 복합체이어도 상관없다. 이러한 제 1 접합 부재(13)로서는, 예를 들면 탄성을 갖는 접착제인 각종 탄성 접착제 등을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 제 1 접합 부재(13)로서 점탄성체인 점착재와 부직포로 구성된 기재, 보다 상세하게는 부직포에 점착재가 함침되어서 구성된 기재, 즉 부직포의 섬유 사이에 점착제(점탄성체)가 들어간 구성을 갖는 기재의 양측에 점착재로 구성된 점착층이 배치된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 기재의 두께 방향(기재의 양측에 배치된 2층의 점착층의 한쪽으로부터 다른쪽으로 향하는 방향)의 전체에 걸쳐 적어도 일부가 점착재(점탄성체)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 접합 부재(13)의 두께 방향(진동 소자(14) 및 진동판(12)의 한쪽으로부터 다른쪽으로 향하는 방향이며, 기재의 두께 방향과 같음)의 전체에 걸쳐 적어도 일부가 점탄성체로 구성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해 진동판(12), 진동 소자(14) 사이에 작용하는 열응력을 완화함과 아울러 진동 소자(14)의 진동을 진동판(12)으로 양호하게 전달할 수 있다.
즉, 빠른 움직임에 대해서는 탄성이 강해지고, 느린 움직임에 대해서는 점성이 강해지는 점탄성체의 성질에 의해 진동판(12) 및 진동 소자(14)와 제 1 접합 부재(13) 사이에 작용하는 열응력(온도 변화에 따라 열팽창 계수가 다른 2개의 물체 사이에 작용하는 응력)을 점탄성체의 변형에 의해 완화할 수 있음과 아울러 매우 짧은 시간에 변위 방향이 역전하는 진동 소자(14)의 진동은 감쇠시키지 않고 진동판(12)으로 전달할 수 있다. 이것에 의해 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 얻을 수 있다. 제 1 접합 부재(13)의 두께 방향의 전체에 걸쳐 적어도 일부가 점탄성체로 구성되어 있음으로써 이 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 진동 소자(14)가 단독으로 굴곡 진동하는 것이 중요하다. 이것에 의해 진동 소자(14)가 신축 진동하는 경우와 비교해서 부직포에 의한 진동의 감쇠를 작게 할 수 있다. 또한, 진동 소자(14) 및 진동판(12)의 두께를 동일하게(실질적으로 동일하게) 해서 진동 소자(14), 진동판(12) 및 제 1 접합 부재(13)로 구성되는 복합체의 진동 방향의 중앙부에 제 1 접합 부재(13)가 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 제 1 접합 부재(13)에 의한 진동의 감쇠를 저감할 수 있다. 또한, 2층의 점착층의 두께를 동일하게 해서 진동 소자(14), 진동판(12) 및 제 1 접합 부재(13)로 구성되는 복합체의 진동 방향의 중앙부에 기재가 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 기재(그것을 구성하는 부직포)에 의한 진동의 감쇠를 저감할 수 있다.
진동 소자(14)는 판상이며, 제 1 접합 부재(13)의 다른쪽 주면에 한쪽 주면이 전체적으로 접합되어 있다. 또한, 진동 소자(14)는 도 4에 나타내는 바와 같이 적층체(20)와 표면 전극(31,32,33)과 제 1 접속 전극(41)과 제 2 접속 전극(42)과 제 3 접속 전극(도시 생략)을 갖고 있다. 도 4는 진동 소자(14)를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
적층체(20)는 분극된 복수층의 압전체층(24)과, 도 5에 나타내는 복수의 내부 전극(21,22,23)이 진동 소자(14)의 두께 방향으로 적층되어서 구성되어 있다. 즉, 진동 소자(14)는 적층체(20)의 적층 방향에 있어서의 한쪽 끝면이 전체적으로 제 1 접합 부재(13)의 다른쪽 주면에 접합되어 있다. 즉, 진동 소자(14)는 적층체(20)의 적층 방향에 있어서의 한쪽 끝면(한쪽 주면)이 제 1 접합 부재(13)를 개재하여 진동판(12)의 한쪽 주면에 전체적으로 접합되어서 고정되어 있다.
도 5(a)~도 5(d)는 진동 소자(14)가 갖는 표면 전극(31,32,33) 및 내부 전극(21,22,23)을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 적층체(20)의 양쪽 주면의 각각에는 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 표면 전극(31,32,33)이 배치되어 있다. 또한, 적층체(20)의 내부에는 도 5(b)에 나타내는 내부 전극(21)과, 도 5(c)에 나타내는 내부 전극(22)과, 도 5(d)에 나타내는 내부 전극(23)이 각각 복수 배치되어 있다.
내부 전극(21)은 도 5에 나타내는 바와 같이 적층체(20)의 측면과 간격을 두고 압전체층(24)의 대략 전체면에 걸쳐 형성된 직사각형상의 본체부(21a)의 길이 방향의 한쪽 끝에 한쪽 끝이 적층체(20)의 측면에 노출된 직사각형상의 인출부(21b)를 접속한 구조를 갖고 있다. 또한, 인출부(21b)의 한쪽 끝은 적층체(20)의 길이 방향에 있어서의 한쪽 끝에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출되어 있다.
내부 전극(22)은 도 5에 나타내는 바와 같이 적층체(20)의 측면과 간격을 두고 압전체층(24)의 대략 전체면에 걸쳐 형성된 직사각형상의 본체부(22a)의 길이 방향의 한쪽 끝에 한쪽 끝이 적층체(20)의 측면에 노출된 직사각형상의 인출부(22b)를 접속한 구조를 갖고 있다. 또한, 인출부(22b)의 한쪽 끝은 적층체(20)의 길이 방향에 있어서의 한쪽 끝에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출되어 있다.
내부 전극(23)은 도 5에 나타내는 바와 같이 압전체층(24)의 대략 전체면에 걸쳐 형성된 직사각형상의 형상을 갖고 있다. 또한, 내부 전극(23)은 길이 방향의 한쪽 끝만이 적층체(20)의 측면에 노출되어 있고, 그 외에는 적층체(20)의 측면과 간격을 두고 형성되어 있다. 또한, 내부 전극(23)의 한쪽 끝은 적층체(20)의 길이 방향에 있어서의 다른쪽 끝에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출되어 있다. 또한, 인출부(21b)와 인출부(22b)는 적층체(20)의 두께 방향(적층 방향)에 있어서 겹치지 않도록 적층체(20)의 폭방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.
표면 전극(33)은 도 5에 나타내는 바와 같이 직사각형상의 형상을 갖고 있다. 또한, 표면 전극(33)은 길이 방향의 한쪽 끝만이 적층체(20)의 측면에 노출되어 있고, 그 외에는 적층체(20)의 측면과 간격을 두고 형성되어 있다. 또한, 표면 전극(33)은 적층체(20)의 길이 방향에 있어서의 80% 이상의 영역에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 표면 전극(33)의 한쪽 끝은 적층체(20)의 길이 방향에 있어서의 다른쪽 끝에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출되어 있다.
적층체(20)의 길이 방향에 있어서의 한쪽 끝과 표면 전극(33)의 길이 방향에 있어서의 다른쪽 끝 사이에는 적층체(20)의 폭방향으로 간격을 두고 표면 전극(31) 및 표면 전극(32)이 배치되어 있다. 표면 전극(31) 및 표면 전극(32)은 직사각형상이며, 길이 방향의 한쪽 끝이 적층체(20)의 길이 방향의 한쪽 끝에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출되어 있다. 또한, 표면 전극(31) 및 표면 전극(32)은 길이 방향의 다른쪽 끝과 표면 전극(33) 사이에 간격을 갖고 있음과 아울러 적층체(20)의 폭방향에 있어서 적층체(20)의 측면과도 간격을 두고 배치되어 있다.
또한, 적층체(20)는 적층 방향에 있어서 내부 전극(21,22,23)과 압전체층(24)이 교대로 배치되어 있다. 도 6은 진동 소자(14)에 있어서의 표면 전극(33) 및 내부 전극(21,22,23)의 배치와, 표면 전극(33) 및 내부 전극(21,22,23) 사이에 배치된 압전체층(24)에 있어서의 분극 방향을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이 내부 전극(21) 또는 내부 전극(22)과, 표면 전극(33) 또는 내부 전극(23)이 적층체(20)의 적층 방향에 있어서 교대로 배치되어 있다. 또한, 적층체(20)의 적층 방향에 있어서의 일방측에서는 내부 전극(21)과 내부 전극(23) 또는 표면 전극(33)이 교대로 배치되어 있고, 적층체(20)의 적층 방향에 있어서의 타방측에서는 내부 전극(22)과 내부 전극(23) 또는 표면 전극(33)이 교대로 배치되어 있다. 즉, 압전 진동 소자(14)는 표면 전극(33) 및 내부 전극(21,22,23)으로 이루어지는 복수의 전극층(편평 전극)과 복수의 압전체층(24)이 교대로 적층된 구성을 갖고 있다.
복수의 내부 전극(21)은 적층체(20)의 길이 방향의 한쪽 끝부에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출된 인출부(21b)의 끝부끼리가 제 1 접속 전극(41)에 의해 서로 접속되어 있다. 또한, 복수의 내부 전극(21)은 제 1 접속 전극(41)을 개재하여 적층체(20)의 양쪽 주면에 각각 배치된 표면 전극(31)에 접속되어 있다.
또한, 복수의 내부 전극(22)은 적층체(20)의 길이 방향의 한쪽 끝부에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출된 인출부(22b)의 끝부끼리가 제 2 접속 전극(42)에 의해 서로 접속되어 있다. 또한, 복수의 내부 전극(22)은 제 2 접속 전극(42)을 개재하여 적층체(20)의 양쪽 주면에 각각 배치된 표면 전극(32)에 접속되어 있다.
그리고 복수의 내부 전극(23)은 적층체(20)의 길이 방향의 다른쪽 끝부에 있어서 적층체(20)의 측면에 노출된 끝부끼리가 제 3 접속 전극(도시 생략)에 의해 서로 접속되어 있다. 또한, 복수의 내부 전극(23)은 제 3 접속 전극(도시 생략)을 개재하여 적층체(20)의 양쪽 주면에 각각 배치된 표면 전극(33)에 접속되어 있다. 이렇게 해서 표면 전극(31,32,33)은 진동 소자(14)에 있어서의 단자 전극으로서 기능하고 있다. 표면 전극(31,32,33) 전체가 적층체(20)의 양쪽 주면에 각각 배치되어 있음으로써 압전체층(24)의 분극을 행할 때의 전압의 인가 및 진동 소자(14)를 진동시킬 때의 전압의 인가를 진동 소자(14)(적층체(20))의 어느 한쪽 주면에서만 행할 수 있다.
또한, 내부 전극(21,22,23) 사이에 배치된 압전체층(24)은 도 6의 화살표로 나타내는 방향으로 분극되어 있다. 예를 들면, 표면 전극(33)에 대하여 표면 전극(31)의 전위가 높고, 표면 전극(32)의 전위가 낮아지도록 표면 전극(31,32,33)에 직류 전압을 가함으로써 이와 같이 분극할 수 있다. 그리고 진동 소자(14)를 진동시킬 때에는 표면 전극(31) 및 표면 전극(32)이 동 전위가 되고, 표면 전극(33)과의 사이에 전위차가 발생하도록 표면 전극(31,32,33)에 교류 전압을 가한다. 이것에 의해 진동 소자(14)는 어떤 순간에 가해지는 전계의 방향에 대한 분극의 방향이 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 일방측 절반과 타방측 절반으로 역전되도록되어 있다.
즉, 예를 들면 전기 신호가 가해져서 어떤 순간에 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 일방측 절반이 진동 소자(14)의 길이 방향에 있어서 연장될 때에는 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 타방측 절반이 진동 소자(14)의 길이 방향에 있어서 수축되도록 되어 있다. 이것에 의해 진동 소자(14)는 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동할 수 있다. 이와 같이 진동 소자(14)는 바이모르프 구조를 갖는 압전체(압전 바이모르프 소자)로 구성되어 있다.
또한, 진동 소자(14)는 한쪽 주면 및 다른쪽 주면이 굴곡하도록 굴곡 진동한다. 따라서, 제 1 접합 부재(13)는 진동 소자(14)가 굴곡하는 표면인 제 1 표면(한쪽 주면)과 진동판(12)의 한쪽 주면 사이에 개재하여 진동 소자(14)의 제 1 표면과 진동판(12)의 한쪽 주면을 접합하고 있다. 즉, 제 1 접합 부재(13)는 진동 소자(14)의 제 1 표면을 전체적으로 진동판(12)에 고정하고 있다. 또한, 전체적으로 고정(접합)된 상태란 진동 소자(14)의 제 1 표면(한쪽 주면)의 전체면이 고정(접합)된 상태와, 대략 전체면이 고정(접합)된 상태를 포함하는 것이다. 또한, 제 1 접합 부재(13)의 두께는 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 커지도록 설정됨과 아울러 너무 두꺼워서 진동이 지나치게 감쇠되지 않도록 설정되어 있고, 예를 들면 0.1㎜~0.6㎜정도로 설정된다.
적층체(20)는, 예를 들면 대략 직방체상의 형상으로 하는 것이 바람직하다. 적층체(20)의 길이는, 예를 들면 18㎜~28㎜정도가 바람직하고, 22㎜~25㎜정도가 더욱 바람직하다. 적층체(20)의 폭은, 예를 들면 1㎜~6㎜정도가 바람직하고, 3㎜~4㎜정도가 더욱 바람직하다. 적층체(20)의 두께는, 예를 들면 0.2㎜~1.0㎜정도가 바람직하고, 0.4㎜~0.8㎜정도가 더욱 바람직하다. 또한, 내부 전극(21)의 본체부(21a) 및 내부 전극(22)의 본체부(22a)의 길이는, 예를 들면 17㎜~25㎜정도가 바람직하고, 21㎜~24㎜정도가 더욱 바람직하다. 내부 전극(23)의 길이는, 예를 들면 19㎜~27㎜정도가 바람직하고, 22㎜~24㎜정도가 더욱 바람직하다. 표면 전극(33)의 길이는, 예를 들면 17㎜~23㎜정도가 바람직하고, 19㎜~21㎜정도가 더욱 바람직하다. 내부 전극(21)의 본체부(21a), 내부 전극(22)의 본체부(22a), 내부 전극(23) 및 표면 전극(31)의 폭은, 예를 들면 1㎜~5㎜정도가 바람직하고, 2㎜~4㎜정도가 더욱 바람직하다. 표면 전극(31) 및 표면 전극(32)의 길이는, 예를 들면 1㎜~3㎜로 하는 것이 바람직하다. 표면 전극(31) 및 표면 전극(32)의 폭은, 예를 들면 0.5㎜~1.5㎜로 하는 것이 바람직하다. 이러한 형상을 갖는 적층체(20)를 사용함으로써 강한 진동을 발생하는 것이 가능한 소형의 진동 소자(14)를 얻을 수 있다.
적층체(20)를 구성하는 압전체층(24)은, 예를 들면 지르콘산 납(PZ), 티탄산 지르콘산 납(PZT), Bi층상 화합물, 텅스텐 브론즈 구조 화합물 등의 비납계 압전체 재료 등을 적합하게 사용해서 형성할 수 있지만 다른 압전 재료를 사용해도 상관없다. 압전체층(24)의 1층의 두께는 저전압에서 구동시키기 때문에, 예를 들면 0.01~0.1㎜정도로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 큰 굴곡 진동을 얻기 위해서 200pm/V 이상의 압전 d31 정수를 갖는 것이 바람직하다. 진동 소자(14)를 구성하는 내부 전극(21,22,23)은, 예를 들면 은이나 은과 팔라듐의 합금 등의 금속 성분에 추가해서 세라믹 성분이나 유리 성분을 함유시킨 것을 적합하게 사용해서 형성할 수 있지만 다른 기지의 금속 재료를 사용해서 형성해도 상관없다.
이러한 진동 소자(14)는, 예를 들면 다음과 같은 방법에 의해 제작할 수 있다. 우선 압전 재료의 분말에 바인더, 분산제, 가소제, 용제를 첨가해서 섞어서 슬러리를 제작하고, 얻어진 슬러리를 시트상으로 성형해서 그린 시트를 제작한다. 이어서, 그린 시트에 도체 페이스트를 인쇄해서 내부 전극(21,22,23)이 되는 전극 패턴을 형성하고, 이 전극 패턴이 형성된 그린 시트를 적층해서 적층 형성체를 제작한 후에 탈지, 소성하고, 소정 치수로 컷팅함으로써 적층체를 얻는다. 이어서, 표면 전극(31,32,33) 및 제 1 접속 전극(41), 제 2 접속 전극(42) 및 제 3 접속 전극(도시 생략)을 형성하기 위한 도체 페이스트를 인쇄하고, 소정의 온도에서 구운 후에 표면 전극(31,32,33)을 통해서 직류 전압을 인가해서 압전체층(24)의 분극을 행한다. 이렇게 해서 진동 소자(14)를 얻을 수 있다.
제 2 접합 부재(16)는 필름상의 형상을 갖고 있다. 또한, 제 2 접합 부재(16)는 진동판(12)보다 부드러워 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있고, 진동판(12)보다 영률, 강성률, 체적 탄성률 등의 탄성률이나 강성이 작다. 즉, 제 2 접합 부재(16)는 변형 가능하며, 동일한 힘이 가해졌을 때에 진동판(12)보다 크게 변형된다. 또한, 제 2 접합 부재(16)는 한쪽 주면이 전체적으로 진동판(12)의 한쪽 주면의 둘레 가장자리부에 고정되어 있음과 아울러 다른쪽 주면이 전체적으로 지지체(11)(하우징(19))에 고정되어 있다. 즉, 제 2 접합 부재(16)를 개재하여 진동판(12)과 지지체(11)(하우징(19))가 접합되어 있다. 또한, 제 2 접합 부재(16)는 단일의 것이어도, 몇개의 부재로 이루어지는 복합체이어도 상관없다. 이러한 제 2 접합 부재(16)로서는, 예를 들면 제 1 접합 부재(13)와 마찬가지인 것을 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 제 2 접합 부재(16)의 두께는 너무 두꺼워져서 진동이 지나치게 감쇠되지 않도록 설정되어 있고, 예를 들면 0.1㎜~0.6㎜정도로 설정된다. 즉, 제 2 접합 부재(16)는 지지체(11)(하우징(19))에 진동판(12)의 진동을 전달 가능하게 형성되어 있다.
전자 회로(도시 생략)로서는, 예를 들면 디스플레이(18)에 표시시키는 화상 정보나 압전 진동 장치에 의해 전달하는 음성 정보를 처리하는 회로나 통신 회로 등을 예시할 수 있다. 이들의 회로 중 적어도 1개이어도 좋고, 모든 회로가 포함되어 있어도 상관없다. 또한, 다른 기능을 갖는 회로이어도 좋다. 또한, 복수의 전자 회로를 갖고 있어도 상관없다.
디스플레이(18)는 화상 정보를 표시하는 기능을 갖는 표시 장치이며, 예를 들면 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 및 유기 EL 디스플레이 등의 기지의 디스플레이를 적합하게 사용할 수 있다.
도 7(a)~도 7(c)는 본 예의 압전 진동 장치에 있어서의 진동의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7(a)~도 7(c)에 있어서는 제 2 접합 부재(16), 지지체(11), 디스플레이(18) 및 전자 회로의 도시를 생략하고 있다.
상술한 바와 같이 본 예의 압전 진동 장치는 진동 소자(14)에 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 것이 가능한 판상의 진동 소자(14)의 한쪽 주면이 변형 가능한 제 1 접합 부재(13)를 개재하여 진동판(12)에 접합되어 있다. 따라서, 전기 신호가 가해져서 진동 소자(14)가 굴곡 진동하면 제 1 접합 부재(13)는 자신이 변형됨으로써 진동 소자(14)의 진동을 허용하면서 진동 소자(14)의 진동을 진동판(12)으로 전달한다. 이렇게 해서 본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호를 가함으로써 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
예를 들면, 도 7(a)에 나타내는 상태에서는 진동 소자(14)는 도면 중의 상측으로 볼록하게 휘어 있고, 진동판(12)은 위로 볼록하게 휘어 있지만 휘어짐량은 진동 소자(14)보다 작게 되어 있다. 즉, 진동 소자(14)와 진동판(12)의 간격이 중앙부에서 작고 주변부에서 커지도록 제 1 접합 부재(13)가 변형되어 있다.
또한, 도 7(c)에 나타내는 상태에서는 진동 소자(14)는 도면 중의 하측으로 볼록하게 휘어 있고, 진동판(12)은 아래로 볼록하게 휘어 있지만 휘어짐량은 진동 소자(14)보다 작게 되어 있다. 즉, 진동 소자(14)와 진동판(12)의 간격이 중앙부에서 크고 주변부에서 작아지도록 제 1 접합 부재(13)가 변형되어 있다.
이와 같이 전기 신호가 가해져 진동 소자(14)와 진동판(12)이 제 1 접합 부재(13)를 개재하여 대향하는 영역 내의 중앙부와 주변부에 있어서의 진동 소자(14)와 진동판(12) 사이의 간격의 대소 관계가 주기적으로 역전하도록 진동 소자(14) 및 진동판(12)이 진동한다. 이것에 의해 진동 소자(14)의 진동을 방해하는 정도가 작아져 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
즉, 본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호가 가해져 진동 소자(14)가 진동함과 아울러 제 1 접합 부재(13)의 변형에 의해 진동판(12)의 진동 소자(14)가 부착된 부분이 진동 소자(14)보다 작은 진폭으로 진동한다. 즉, 진동판(12) 및 진동 소자(14)의 제 1 접합 부재(13)를 개재하여 서로 대향하는 영역에 있어서 진동판(12)이 진동 소자(14)보다 작은 진폭으로 진동한다. 이것에 의해 진동 소자(14)의 진동의 방해를 저감하여 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다. 또한, 진동판(12)이 인체 등의 다른 것에 접촉함으로써 진동판(12)의 진동이 억제되었을 경우에 있어서도 진동 소자(14)가 크게 진동하는 것이 가능해지고, 진동 소자(14)의 진동을 진동판(12)을 개재하여 인체 등의 다른 것에 감쇠를 작게 해서 전달할 수 있다.
또한, 진동판(12) 및 진동 소자(14)의 진폭은 레이저 도플러 진동계를 사용해서 측정할 수 있다. 즉, 진동판(12)의 진동 소자(14)에 접속된 측과 반대측의 표면에 레이저 도플러 진동계의 레이저를 조사함으로써 진동판(12)의 진폭을 측정할 수 있다. 또한, 진동 소자(14)의 진동판(12)에 접속된 측과 반대측의 표면에 레이저 도플러 진동계의 레이저를 조사함으로써 진동 소자(14)의 진폭을 측정할 수 있다. 레이저 도플러 진동계로서는, 예를 들면 ONO SOKKI C0.,LTD.제의 LV-1710을 사용할 수 있다. 그리고 이것에 FET 애널라이저를 접속해서 PC의 화면에 표시되는 값을 판독함으로써 진폭을 알 수 있다. FET 애널라이저로서는, 예를 들면 ONO SOKKI C0.,LTD.제의 DS-0290을 사용할 수 있다. 또한, 본 예의 압전 진동 장치는 제 1 접합 부재(13)의 두께가 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 큰 점에서 진동 소자(14)의 진동의 방해를 작게 할 수 있으므로 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있는 압전 진동 장치를 얻을 수 있다. 또한, 제 1 접합 부재(13)의 두께는 진동 소자(14)가 단독으로 진동할 때의 진폭보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치에 있어서 제 1 접합 부재(13)는 진동판(12)보다 부드러워 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있고, 진동판(12)보다 영률, 강성률, 체적 탄성률 등의 탄성률이나 강성이 작다. 즉, 제 1 접합 부재(13)는 변형 가능하며, 동일한 힘이 가해졌을 때에 진동판(12)보다 크게 변형된다. 이것에 의해 진동 소자(14)의 진동의 방해를 저감하고, 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
또한, 예를 들면 제 1 접합 부재(13)가 단단해서 변형되기 어려울 경우에는 진동 소자(14)와 진동판(12)이 거의 같은 진폭으로 진동하게 되지만 이 경우 진동 소자(14)의 진동이 크게 방해되어버리는 문제가 생긴다. 이 문제가 생기는 원인은 명확히 특정할 수 없지만 다음과 같이 추측할 수 있다. 즉, 예를 들면 도 7(c)에 나타내는 바와 같이 진동 소자(14)가 아래로 볼록하게 변형될 경우 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 위 절반(진동판(12)측)은 길이 방향에 있어서 수축한다. 그러면 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 위 절반(진동판(12)측)에 접합되어 있는 진동판(12)은 위로 볼록하게 변형하려 한다. 따라서, 진동 소자(14)가 구부러지려는 방향과 진동판(12)이 구부러지려는 방향이 반대가 되기 때문에 이것에 의해 발생하는 응력에 의해 진동 소자(14)의 진동이 방해되어버려 진동판(12)의 진동도 약해지는 것이다. 본 예의 압전 진동 장치에서는 제 1 접합 부재(13)는 진동판(12)보다 부드러워 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있기 때문에 진동 소자(14)의 진동의 방해를 저감하여 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치는 진동을 전달 가능한 제 2 접합 부재(16)를 개재하여 진동판(12)이 지지체(11)에 고정되어 있고, 진동 소자(14)의 굴곡 진동에 따라 진동판(12)과 지지체(11)가 함께 진동한다. 이것에 의해 진동판(12)의 진폭을 작게 할 수 있음과 아울러 진동하는 물체의 질량을 증가시킬 수 있고, 진동 에너지를 크게 할 수 있다. 따라서, 진동판(12)으로부터 발생하는 음향을 작게 할 수 있음과 아울러 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 것이 가능한 판상의 진동 소자(14)의 한쪽 주면이 변형 가능한 제 1 접합 부재(13)를 개재하여 진동판(12)의 한쪽 주면에 접합되어 있다. 이 구성에 의해 종래의 압전 진동 장치에 비해 박형화하는 것이 가능함과 아울러 진동판(12)의 한쪽 주면에만 진동 소자(14)가 부착되어 있는 것에 관계없이 강한 진동을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 예의 휴대단말은 압전 진동 장치에 추가해서 전자 회로(도시 생략)와 디스플레이(18)와 전자 회로 등을 수용하는 하우징(19)을 갖고 있다. 또한, 진동판(12)이 디스플레이(18)의 커버이며, 하우징(19)이 압전 진동 장치의 지지체(11)로서 기능하고 있다. 이러한 구성을 갖는 본 예의 휴대단말은 박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치를 갖고 있으므로 박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 휴대단말을 얻을 수 있다. 또한, 디스플레이(18)의 커버인 진동판(12)의 표측에 진동 소자(14)를 부착하는 것이 불필요하기 때문에 외관이 좋은 휴대단말을 얻을 수 있다. 또한, 디스플레이(18)가 터치 패널과 같은 입력 장치를 갖는 것이어도 좋고, 디스플레이(18)의 커버가 터치 패널과 같은 입력 장치를 갖는 것이어도 상관없다.
또한, 본 예의 휴대단말은 진동판(12) 또는 하우징(19)을 직접 또는 다른 것을 개재하여 귀에 접촉시켜서 귀의 연골에 진동을 전달함으로써 음성 정보를 전달한다. 즉, 진동판(12) 또는 하우징(19)을 직접 또는 간접적으로 귀에 접촉시켜서 귀의 연골에 진동을 전달함으로써 음성 정보를 전달한다. 이것에 의해 예를 들면 주위가 소란스러울 때에 있어서도 음성 정보를 전달하는 것이 가능한 휴대단말을 얻을 수 있다. 또한, 진동판(12) 또는 하우징(19)와 귀 사이에 개재하는 것은, 예를 들면 휴대단말의 커버이어도 좋고, 헤드폰이나 이어폰이어도 좋다. 진동을 전달 가능한 것이면 어떤 것이어도 상관없다.
(변형예)
본 발명은 상술한 실시형태의 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경, 개량이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시예에 있어서는 디스플레이(18)의 커버가 진동판(12)인 예를 나타냈지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 디스플레이(18) 전체나 디스플레이(18)의 일부를 진동판(12)으로서 기능하도록 해도 상관없다.
또한, 상술한 실시형태의 예에 있어서는 휴대단말의 하우징(19) 그 자체가 압전 진동 장치의 지지체(11)로서 기능하고 있는 예를 나타냈지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하우징(19)의 일부가 압전 진동 장치의 지지체(11)로서 기능하도록 해도 좋고, 또한 압전 진동 장치의 지지체(11)가 하우징(19)에 부착되어 있는 구성이어도 상관없다.
또한, 상술한 실시형태의 예에 있어서는 진동 소자(14)가 압전 바이모르프 소자로 구성되어 있는 예를 나타냈지만 이것에 한정되는 것은 아니고, 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 기능을 갖고 있는 것이면 좋다. 따라서, 예를 들면 전기 신호가 가해짐으로써 신축 진동하는 압전체에 금속판을 부착한 유니모르프 구조를 갖는 진동 소자이어도 상관없다.
도 8은 본 발명의 변형예의 압전 진동 장치를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 8에 나타내는 압전 진동 장치에 있어서는 압전체(15a)와 금속판(15b)이 부착되어서 진동 소자(15)가 구성되어 있다. 압전체(15a)는 상술한 진동 소자(14)와 마찬가지로 압전체층과 전극층이 적층되어서 구성되어 있지만 어느 순간에 가해지는 전계의 방향에 대한 분극의 방향이 모두 동일하게 되어 있다. 따라서, 예를 들면 전기 신호가 가해져서 길이 방향으로 신축 진동한다. 이때 압전체(15a)에 부착된 금속판(15b)은 신축되지 않기 때문에 진동 소자(15)는 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동할 수 있다.
또한, 예를 들면 도 8에 나타내는 압전 진동 장치의 진동 소자(15)에 있어서 금속판(15b)을 분극되어 있지 않은 압전체층으로 치환해도 상관없다. 이러한 전기 신호가 가해짐으로써 신축 진동하는 압전체와 신축 진동하지 않는 압전체층이 부착된 유니모르프 구조를 갖는 진동 소자(15)도 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동할 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명의 압전 진동 장치의 구체예에 대해서 설명한다. 도 1~3에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 1 예의 압전 진동 장치의 특성을 측정했다.
우선 휴대전화의 액정 디스플레이 커버의 이면의 전자 리시버의 위치에 진동 소자(14)를 부착함으로써 도 1~3에 나타낸 본 발명의 실시형태의 예인 압전 진동 장치를 제작했다. 진동판(12)은 액정 디스플레이 커버를 그대로 사용하고, 하우징(19)(지지체(11)) 및 디스플레이(18)도 휴대전화의 것을 그대로 사용했다. 진동판(12)은 길이가 95㎜이며, 폭이 48㎜이며, 두께 0.5㎜의 아크릴 수지이었다. 진동 소자(14)는 길이 23.5㎜이며, 폭이 3.3㎜이며, 두께가 0.5㎜인 직방체상으로 했다. 또한, 진동 소자(14)는 두께가 30㎛정도인 압전체층(24)과 내부 전극(21,22,23)이 교대로 적층된 구조로 하고, 압전체층(24)의 총 수는 16층으로 했다. 압전체층(24)은 Zr의 일부를 Sb로 치환한 티탄산 지르콘산 납(PZT)으로 형성했다. 제 1 접합 부재(13)는 아크릴계 점착재가 함침된 부직포로 이루어지는 기재의 양면에 아크릴계 점착제로 이루어지는 점착층이 배치되어서 구성된 두께가 0.16㎜인 것을 사용하고, 진동 소자(14)의 한쪽 주면의 전체면에 부착했다. 제 2 접합 부재(16)로서는 발포체로 이루어지는 기재의 양면에 아크릴계 점착재가 배치되어서 구성된 두께 0.15㎜의 것을 사용했다. 하우징(19)(지지체(11))는 합성 수지제이었다.
그리고 제작한 압전 진동 장치의 음압의 주파수 특성을 평가했다. 평가에 있어서는 진동판(12) 상에 동 면적으로 두께 2㎜의 실리콘 고무를 두고, 실리콘 고무의 상면에 있어서의 진동 소자(14)의 바로 위의 위치에 마이크를 압박해서 설치했다. 그리고 진동 소자(14)에 실효값 3.0V의 정현파 신호를 입력하고, 마이크로 검출되는 음압을 평가했다. 그 평가 결과를 도 9에 나타낸다. 또한, 도 9의 그래프에 있어서 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 음압을 나타낸다. 도 9에 나타내는 그래프에 의하면 넓은 주파수파에 있어서 40㏈을 초과하는 높은 음압이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이것에 의해 본 발명의 유효성을 확인할 수 있었다.
11: 지지체 12: 진동판
13: 제 1 접합 부재 14,15: 진동 소자
16: 제 2 접합 부재 18: 디스플레이
19: 하우징

Claims (6)

  1. 지지체와,
    상기 지지체에 진동 가능하게 부착된 진동판과,
    굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자와,
    상기 진동 소자의 굴곡하는 표면인 제 1 표면과 상기 진동판의 한쪽 주면 사이에 개재하여 상기 진동 소자의 상기 제 1 표면과 상기 진동판의 상기 한쪽 주면을 접합하는 변형 가능한 제 1 접합 부재를 적어도 갖고,
    상기 진동 소자의 길이 방향에서 상기 진동 소자의 위가 그 주위와 비교하여 가장 크게 휘도록 상기 진동 소자에 의해 상기 진동판이 굽혀지며,
    상기 진동판을 직접 또는 다른 것을 개재하여 귀에 접촉시켜서 음성 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접합 부재의 두께는 상기 진동 소자의 굴곡 진동의 진폭보다 큰 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전기 신호가 가해져서 상기 진동 소자가 진동함과 아울러 상기 진동판의 상기 진동 소자가 부착된 부분이 상기 진동 소자보다 작은 진폭으로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    진동을 전달 가능한 제 2 접합 부재를 개재하여 상기 진동판이 상기 지지체에 고정되어 있고, 상기 진동 소자의 굴곡 진동에 따라 상기 진동판과 상기 지지체가 함께 진동하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  5. 전자 회로와, 디스플레이와, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 압전 진동 장치와, 하우징을 적어도 갖고 있고, 상기 진동판은 상기 디스플레이 또는 상기 디스플레이의 일부 또는 상기 디스플레이의 커버이며, 상기 하우징에 상기 지지체가 고정되어 있거나 상기 하우징의 적어도 일부가 상기 지지체인 것을 특징으로 하는 휴대단말.
  6. 삭제
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