KR20010040089A - 압전 공진자 - Google Patents

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KR20010040089A
KR20010040089A KR1020000060527A KR20000060527A KR20010040089A KR 20010040089 A KR20010040089 A KR 20010040089A KR 1020000060527 A KR1020000060527 A KR 1020000060527A KR 20000060527 A KR20000060527 A KR 20000060527A KR 20010040089 A KR20010040089 A KR 20010040089A
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piezoelectric
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piezoelectric layer
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KR1020000060527A
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야마모토다카시
Original Assignee
무라타 야스타카
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명의 압전 공진자는 세라믹 압전체층 사이에 끼워진 2층의 내부 전극을 포함한다. 표면 전극은 압전체층의 상하 양 주면에 형성된다. 중앙의 압전체층은 분극되지 않고, 중앙의 압전체층의 양 측면의 압전체층은 분극 방향이 서로 반대 방향이 되도록 주면과 실질적으로 수직인 방향으로 분극된다. 한 측면에 형성된 하나의 결합용 전극은 표면 전극 및 내부 전극과 전기적으로 접속하고, 절연 재료에 의해 내부 전극과는 절연된다. 대향하는 다른 측면에 형성된 접속용 전극은 표면 전극 및 내부 전극과 전기적으로 접속하고, 절연 재료에 의해 내부 전극과는 절연된다.

Description

압전 공진자{Piezoelectric resonator}
본 발명은 압전 발진 소자, 래더 필터, 및 다른 장치에 사용되는 압전 공진자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단자간 용량이 크고, 굴곡(bending) 진동 모드로 진동하도록 구성된 압전 공진자에 관한 것이다.
종래의 공진자는 300㎑∼800㎑ 대역에 있어서 세라믹 압전재료의 확산 진동을 가진다. 도 1a는 확산(spreading) 진동 공진자 1의 구조를 도시하는 사시도이고, 도 1b는 확산 진동 공진자 1의 분극 방향 및 전계 방향을 도시하는 측면도이다. 확산 진동 공진자 1에 있어서, 표면 전극 3은 정사각형 형상을 갖는 1층의 압전 기판 2의 상하 양 주면에 형성되고, 압전 기판 2 전체는 양 주면에 수직인 방향으로 분극된다. 따라서, 표면 전극 3사이에 인가된 전계의 방향은 양 주면에 수직이고, 분극 방향에 평행하다. 이러한 확산 진동 공진자 1에 있어서, 신호 전압이 표면 전극 3사이에 인가되면, 양 주면과 평행한 평면에 있어서, 압전 기판 2는 외측 방향으로 신장하거나, 내측 방향으로 수축한다.
확산 진동 공진자 1에 있어서, 한 변의 길이 LS와 공진 주파수 fr의 곱은 대체로 일정하고, 그 관계는 수학식 1로 정의된다.
여기서, AS는 정수(주파수 정수)이고, AS≒ 2100㎜㎑ 이다. 예를 들어, 공진 주파수 fr= 450㎑을 갖는 공진자를 얻기 위해서, 한 변의 길이는 LS= 4.67㎜가 되어야 한다.
전자 부품은 점점 소형화가 요구되고 있기 때문에, 이러한 확산 진동 공진자는 작고, 가볍고, 저렴하게 만드는 것이 거의 불가능하다.
도 2는 직렬 공진자 7a, 7b 및 병렬 공진자 8a, 8b를 포함하는 2단 구성의 래더 필터 6을 도시하고, 도 3은 래더 필터 6의 감쇠 특성을 도시한다. 이러한 래더 필터 6의 특성으로는 도 3에 도시된 보증 감쇠량 Att.를 가능한 한 증가시켜야 한다. 직렬 공진자 7a, 7b의 단자간 용량을 C1로 나타내고, 병렬 공진자 8a, 8b의 단자간 용량을 C2로 나타낼 때, 2단 구성의 래더 필터 6의 보증 감쇠량 Att.는 수학식 2로 정의된다.
로 표시된다. 따라서, 보증 감쇠량 Att.를 증가시키기 위해서는, 병렬 공진자 8a, 8b의 단자간 용량 C2를 증가시키고, 직렬 공진자 7a, 7b의 단자간 용량 C1을 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 상기 확산 진동 공진자 1이 병렬 공진자 8a, 8b에 사용되는 경우, 후술하는 이유로 인하여 단자간 용량 C2를 증가시키기는 어렵다.
도 1a에 도시된 확산 진동 공진자 1의 단자간 용량 CS는 수학식 3으로 정의된다.
여기서, LS는 공진자 1의 한 변의 길이이고, ε는 압전 기판의 유전율이고, t는 압전 기판의 두께이며, ε0는 진공 중의 유전율로, 즉 8.854 × 10-12이다.
확산 진동 공진자 1의 공진 주파수 fr이 결정되면, 공진자 1의 한 변의 길이 LS가 결정되고(상기 수학식 1 참조), 따라서 단자간 용량 CS는 압전 기판 2의 두께 t와 유전율 ε에 의해서만 결정된다.
확산 진동 공진자 1의 단자간 용량 CS를 증가시키기 위해서, 압전 기판 2의 유전율 ε를 증가시키거나, 압전 기판을 얇게 만들 필요가 있다. 그러나, 압전 기판 2의 유전율 ε는, 압전 기판 2를 구성하는 재료에 따라 결정되므로, 유전율 ε는 임의로 선택할 수 없으며, 또한 압전 기판의 재료가 바뀌면, 다른 특성에도 영향을 미친다. 또한, 압전 기판 2의 두께가 얇아지면 파괴 강도가 감소하고, 확산 진동 공진자 1이 파손되기 쉬워진다. 따라서, 선택할 수 있는 두께에는 한계가 있다.
그 결과, 단자간 용량이 큰 공진자는 래더 필터의 병렬 공진자로 바람직하더라도, 단자간 용량이 큰 확산 진동 공진자를 얻기가 어렵다. 이와는 반대로 상기의 정수 CS에 상당하는 작은 정수를 갖는 압전 공진자가 개발되고, 소형의 압전 공진자를 제조할 수 있다면, 단자간 용량은 감소할 것이다. 따라서, 압전 공진자가 병렬 공진자로써 사용되면 보증 감쇠량은 악화될 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시형태는 소망의 공진 주파수를 달성하면서, 단자간 용량이 크고, 매우 소형인 압전 공진자를 제공한다.
도 1a는 종래의 확산 진동 공진자의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 공진자의 분극 방향과 전계 방향을 도시하는 측면도이다.
도 2는 래더 필터의 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 래더 필터의 특성을 도시하는 도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 압전 공진자의 확대 단면도이다.
도 6a는 마더 기판의 분극처리 공정을 설명하는 사시도 및 단면도이다.
도 6b는 마더 기판의 제 1 절단 공정을 도시하는 사시도이다.
도 6c는 절단된 마더 기판을 도시하는 사시도이다.
도 6d는 마더 기판의 제 2 절단 공정을 도시하는 사시도이다.
도 6e는 완성된 압전 기판을 도시하는 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자의 분극처리 공정을 설명하는 도이다.
도 7b는 도 7a의 압전 공진자의 구동 방법을 설명하는 도이다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자의 분극처리 공정을 설명하는 도이다.
도 8b는 도 8a의 압전 공진자의 구동 방법을 설명하는 도이다.
도 9는 2층 구조를 가지며, 굴곡 진동 모드로 진동하기에 적합한 압전 공진자를 도시하는 사시도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 간단한 설명〉
10, 16 표면 전극 11, 13, 15 압전체층
12, 14 내부 전극 17, 19 절연 재료
18, 20 접속용 전극
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자는, 4층 이상의 전극과 3층 이상의 압전체층을 적층하고, 상기 압전체층의 적어도 2층은 상기 전극과 실질적으로 수직인 방향으로 분극된다. 상기 전극은, 상기 압전체층의 제 1 부분에 있어서, 전계가 상기 압전체층의 분극 방향과 동일한 방향으로 발생하고, 상기 압전체층의 제 2 부분에 있어서, 전계가 상기 압전체층의 분극 방향과 다른 방향으로 발생하도록 서로 접속된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자는, 앞 단락에서 설명한 압전 공진자를 포함하며, 짝수층의 전극과 홀수층의 압전체층이 적층되고, 또한 중앙의 압전체층이 분극되지 않고, 중앙의 압전체층의 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 중앙의 압전체층의 다른 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 서로 반대가 되도록, 상기 전극이 서로 접속된다.
상술한 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자에 있어서, 분극 방향과 전계 방향이 동일한 압전체층은 그 층의 중심방향으로 수축되고, 분극 방향과 전계 방향이 서로 반대되는 압전체층은 그 층의 단부 방향으로 신장되기 때문에, 굴곡 진동이 압전 공진자 전체에 발생한다. 이러한 굴곡 진동을 보이는 압전 공진자에 있어서, 공진자의 한 변의 길이와 공진 주파수의 곱은 확산 진동 공진자와 비교하여 작아진다. 따라서, 압전 공진자의 사이즈는 크게 감소될 수 있고, 동일한 소망의 주파수 대역에 사용된다. 또한, 압전 공진자는 4층 이상의 전극을 가지고 있기 때문에, 이들 각 전극 사이에 단자간 용량을 발생시키고, 전체 단자간 용량을 크게 증가시킬 수 있다. 또한, 각 압전체층은 적층되어 있기 때문에, 압전 공진자의 강도를 저하시키지 않고 각 압전체층의 두께를 얇게 할 수 있으며, 또한 단자간 용량을 보다 더 증가시킬 수 있다.
다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자에 있어서, 중앙의 압전체층은 분극되지 않고, 중앙의 압전체층의 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 중앙의 압전체층의 다른 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 반대이다. 따라서, 강한 굴곡 진동이 발생한다. 또한, 분극되지 않은 압전체층을 삽입함으로써, 공진자의 강도를 저하시키지 않고 다른 압전체층을 얇게 할 수 있으며, 단자간 용량을 보다 더 증가시킬 수 있다.
본 발명의 특징, 요소, 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자 9를 도시하는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자의 단면도이다. 압전 공진자 9는 예를 들어, 약 300㎑~약 800㎑의 주파수 대역에서 세라믹 발진자로 사용된다. 이 압전 공진자 9는 실질적으로 정사각형 형상을 갖도록 배열된 3층의 세라믹 압전체층 11, 13, 15사이에 끼워진 2층의 내부 전극 12, 14를 포함하고, 적층된 압전체층 11, 13, 15 및 내부 전극 12, 14의 상하 양 주면에 형성된 표면 전극 10, 16을 포함하는 것이 바람직하다. 중앙의 압전체층 13은 분극되지 않고, 압전체층 13의 양 측면의 압전체층 11, 15는 분극 방향이 서로 반대 방향이 되도록, 주면과 실질적으로 수직인 방향으로 분극된다. 또한, 분극 방향은 도 5에 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 중앙의 압전체층 13의 양 측면에서 내측 방향이어도 되고, 또는 중앙의 압전체층 13의 양 측면에서 외측 방향이어도 된다.
압전 공진자 9의 양 측면에 접속용 전극 18, 20이 형성되어 있다. 하나의 접속용 전극 18은 두 개의 압전체층이 떨어져 위치해 있는 표면 전극 10 및 내부 전극 14에 전기적으로 접속되고, 측면에 형성된 절연 재료 17에 의해 중앙의 내부 전극 12와는 절연되어 있다. 또한, 다른 접속용 전극 20은 두 개의 압전체층이 떨어져 위치해 있는 표면 전극 16 및 내부 전극 12에 전기적으로 접속되고, 측면에 형성된 절연 재료 19에 의해 중앙의 내부 전극 14와는 절연되어 있다.
따라서, 전계 방향이 도 5의 파선 화살표로 도시된 방향으로 발생하도록, 전압이 양 표면 전극 10, 16에 인가되면, 하나의 압전체층 11의 내부에서는 전계 방향과 분극 방향이 동일해져 압전체층 11은 중심 방향으로 수축하고, 다른 압전체층 15의 내부에서는 전계 방향과 분극 방향이 반대 방향이 되어 압전체층 15는 단부 방향으로 신장된다. 그 결과, 신호(고주파 전계)가 표면 전극 10, 16 사이에 인가되면, 양 압전체층 11, 15는 확산 진동 모드로 단부 방향으로 신장하고 대략 중심 방향으로 수축한다. 압전체층 11, 15의 신장과 수축의 위상이 반대되기 때문에, 전체적으로 압전 공진자 9는 양 주면이 굴곡되어 교대로 오목면 및 볼록면을 형성하도록 변형된다(이하, 이 변형을 굴곡 진동이라 하고, 본 발명의 여러 바람직한 실시형태의 압전 공진자 9는 굴곡 공진자라 한다).
이렇게 3층 구조의 굴곡 공진자 9에 있어서, 공진자 9의 한 변의 길이를 Lb로 나타내고, 압전체층 11, 13, 15의 유전율을 ε로 나타내고, 각 압전체층 11, 13, 15의 두께를 t1, t2및 t3으로 나타내면, 단자간 용량 Cb는 수학식 4a로 정의된다.
여기서, ε0는 진공중의 유전율이다.
동일한 재료(ε가 동일)로 구성되고 치수가 실질적으로 똑같고, 두께도 실질적으로 똑같은(ta＋ tb＋ tc= t) 확산 진공 공진자 1 및 굴곡 공진자 9를 비교하면, 확산 진동 공진자 1의 단자간 용량은 상기 수학식 3으로 표시된다. 그러나 각 압전체층 11, 13, 15의 두께가 실질적으로 똑같다면(ta= tb= tc= t/3), 굴곡 공진자 9의 단자간 용량은 수학식 4b로 정의된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태의 굴곡 공진자 9에 있어서, 동일한 사이즈 및 동일한 두께를 갖는 확산 진동 공진자 1보다 9배가 큰 단자간 용량을 얻을 수 있다. 또한, 압전체층 11, 13, 15의 두께가 더 얇아지더라도, 적층된 압전체층의 전체 두께는 바뀌지 않으므로, 강도도 또한 바뀌지 않는다.
그 결과, 도 2에 도시된 래더 필터에 사용된 병렬 공진자 8a, 8b가 확산 진동 공진자 1에서 3층 구조의 굴곡 공진자 9로 바뀌면, 래더 필터의 보증 감쇠량은 다음의 수학식 5에 의해 나타나는 바와 같이 약 38.2㏈ 만큼 증가한다.
종래의 기술에서 볼 수 있는 바와 같이 유전율이 다른 재료를 선택하는 방법, 직렬 공진자 및 병렬 공진자의 두께를 바꾸는 방법 등을 조합하면, 광범위한 범위에서 용량비 및 보증 감쇠량을 설계할 수 있다.
굴곡 공진자 9에 있어서, 한 변의 길이 Lb와 공진 주파수 fr의 곱은 대체로 일정하고, Lb× fr= Ab로 정의된다. 여기에서 주파수 정수는 Ab≒ 430㎜㎑이다.
굴곡 공진자 9의 주파수 정수 Ab는 확산 진동 공진자 1의 주파수 정수 AS의 약 0.3배(Ab/AS≒ 0.3)이므로, 동일한 공진 주파수에 대해 굴곡 공진자 9의 한 변의 길이 Lb는 확산 진동 공진자 1의 한 변의 길이 LS의 약 0.3배이다. 따라서, 굴곡 공진자 9 및 확산 진동 공진자 1을 비교하면, 굴곡 공진자 9는 확산 진동 공진자 1의 한 변의 길이에서 약 1/3.3 이하이고, 면적에서 약 1/10이 된다. 그 결과, 동일한 공진 주파수가 사용되면, 굴곡 공진자 9의 사이즈는 확산 진동 공진자 1에 비해 매우 감소한다.
또한, 동일한 공진 주파수의 확산 진동 공진자 1 및 굴곡 공진자 9를 비교하면, 굴곡 공진자 9는 확산 진동 공진자 1의 약 1/10배(Lb 2= LS 2/10)가 되고, 각 압전체층 11, 13, 15의 두께가 확산 진동 공진자 1의 1/3배(ta= tb= tc= t/3)이면, 굴곡 공진자 9의 단자간 용량 Cb는 확산 진동 공진자 1의 단자간 용량 CS의 약 9/10배가 되고, 즉 굴곡 공진자 9가 사이즈에 있어서 확산 진동 공진자 1의 약 1/10배가 되더라도, 굴곡 공진자 9는 공진자 1과 거의 동일한 단자간 용량을 얻을 수 있다. 또한, 굴곡 공진자 9의 두께가 바뀌지 않더라도, 강도는 매우 증가한다.
다음에, 상기 굴곡 공진자 9의 제조방법을 설명한다. 첫째, 도전성 페이스트의 후막 인쇄법(thick-film printing)에 의해 준비된 내부 전극 12a, 14a 및 압전 재료로 이루어진 그린 시트 11a, 13a, 15a가 적층되고, 소결된 후, 도 6a에 도시된 마더 기판 21은 소결된 재료의 양면에 외부 전극 10a, 16a를 형성함으로써 형성되고, 내부 전극 12a, 14a와 접속된 단자 전극 22는 소결된 재료의 단면에 형성된다. 이 상태에서, 외부 전극 10a, 16a와 단자 전극 22 사이에 전계를 인가함으로써, 소결된 재료는 도 6a에 화살표로 도시된 방향으로 분극된다. 다음에, 마더 기판 21은 스트립(strip) 형상을 갖도록 도 6b에 도시된 화살표를 따라 절단되어, 도 6c에 도시된 스트립 형상의 마더 기판 23을 얻을 수 있다. 다음에, 스트립 형상의 마더 기판 23은 도 6d에 도시된 화살표를 따라 절단되어, 도 6e에 도시된 단일 압전 공진자 24를 얻는다. 다음에, 내부 전극 12, 14의 단면은 도 5에 도시된 절연 재료 17, 19로 피복되고, 접속용 전극 18, 20은 압전 공진자 9의 단면에 있어서 절연 재료 17, 19의 상부에 형성된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 굴곡 공진자 9는 한번에 다수개가 생산된다.
도 7a는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자 31의 분극 방법을 도시하고, 도 7b는 압전 공진자 31의 구동 방법을 도시한다. 압전 공진자 31에 있어서, 5층의(7층 이상의 홀수층이어도 된다) 압전체층 33, 35, 37, 39, 41 및 4층의(6층 이상의 짝수층이어도 된다) 내부 전극 34, 36, 38, 40이 적층되고, 표면 전극 32, 42는 적층체의 양면에 형성된다. 분극처리 공정에 있어서, 도 7a에 도시된 바와 같이 표면 전극 32, 42 및 내부 전극 36, 38은 전기적으로 접속되고, 또한 내부 전극 34, 40도 전기적으로 접속되고, 양자 사이에 전압이 인가된다. 따라서, 중앙의 압전체층 37은 분극되지 않고, 압전체층 37의 상하에 위치하는 압전체층 33, 35, 39, 41은 분극된다. 그 후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 표면 전극 32 및 내부 전극 36, 40은 접속용 전극을 사용하여 전기적으로 접속되고, 내부 전극 34, 38 및 표면 전극 42는 다른 접속용 전극을 사용하여 전기적으로 접속된다. 따라서, 중앙의 압전체층 37 상부의 압전체층 33, 35에서는 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 중앙의 압전체층 37 하부의 압전체층 39, 41에서는 분극 방향과 전계 방향이 서로 반대이기 때문에, 압전 공진자 31은 굴곡 진동한다. 이러한 구조에 따르면, 단자간 용량이 표면 전극 32, 42와 내부 전극 34, 40사이 및 내부 전극 34, 36, 38, 40사이에 발생하기 때문에, 매우 큰 단자간 용량을 얻을 수 있다.
도 8a는 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자 51의 분극 방법을 도시하고, 도 8b는 압전 공진자 51의 구동 방법을 도시한다. 압전 공진자 51에 있어서, 짝수의 압전체층 53, 55, 57, 59(예를 들어, 4층), 홀수의 내부 전극 54, 56, 58(예를 들어, 3층)이 적층되고, 표면 전극 52, 60은 적층체의 양면에 형성된다. 분극처리 공정에 있어서, 도 8a에 도시된 바와 같이 표면 전극 52, 60 및 내부 전극 56은 전기적으로 접속되고, 또한 내부 전극 54, 58도 전기적으로 접속되고, 양자 사이에 전압이 인가된다. 따라서, 압전체층 53, 55, 57, 59는 분극된다. 그 후, 도 8b에 도시된 바와 같이, 표면 전극 54 및 내부 전극 56, 58은 제 1접속용 전극에 의해 전기적으로 접속되고, 내부 전극 54 및 표면 전극 60은 제 2접속용 전극에 의해 전기적으로 접속된다. 따라서, 윗부분의 압전체층 53, 55에서는 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 가장 아래층의 압전체층 59에서는 분극 방향과 전계 방향이 서로 반대이기 때문에, 압전 공진자 51은 굴곡 진동한다. 이러한 구조라도, 단자간 용량이 표면 전극 52, 60과 내부 전극 54, 58사이 및 내부 전극 54, 56사이에 발생하기 때문에, 매우 큰 단자간 용량을 얻을 수 있다.
또한, 도 7a, 도 7b 또는 도 8a, 8b의 바람직한 실시형태에 있어서, 분극시의 배선과 구동시의 배선을 반대로 해도 된다. 그러나, 도시된 바와 같이 배선하면, 구동시에 양 표면 전극 사이에 신호를 인가할 수 있기 때문에, 압전 공진자를 수납하는 케이스나 패키지의 구조를 간단하게 할 수 있다.
또한, 도 9는 내부 전극 64가 사이에 끼워진 2층의 압전체층 63, 65가 적층되고, 적층체의 양 표면에 외부 전극 62, 66이 형성된 굴곡 진동용의 압전 공진자 61을 도시한다. 압전 공진자 61의 치수는 본 발명의 여러 바람직한 실시형태의 압전 공진자의 경우와 같이, 확산 진동 모드의 압전 공진자와 비교하여, 크게 감소한다. 그러나 동일한 사이즈, 동일한 두께, 동일한 압전 재료의 압전 공진자 61에 있어서, 본 발명의 여러 바람직한 실시형태의 압전 공진자와 비교하여 단자간 용량이 작다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같은 래더 필터(3단 이상이어도 된다)가 압전 공진자 61을 직렬 공진자, 본 발명의 압전 공진자를 병렬 공진자로 사용하여 구성되면, 보증 감쇠량이 크고, 작은 사이즈를 갖는 래더 필터를 제작할 수 있다.
본 발명의 여러 바람직한 실시형태에 따른 압전 공진자에 따르면, 큰 단자간 용량을 달성할 수 있고, 굴곡 진동 모드로 진동하도록 구성된 소형의 압전 공진자를 얻을 수 있다. 따라서, 압전 공진자가 래더 필터의 병렬 공진자로써 사용되면, 감쇠량은 매우 증가한다.
또한, 본 발명의 여러 바람직한 실시형태의 압전 공진자에 따르면, 중앙의 압전체층은 분극되지 않고, 중앙의 압전체층의 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 중앙의 압전체층의 다른 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 서로 반대된다. 따라서, 압전 공진자는 큰 굴곡 진동을 얻을 수 있다.
바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 기술 분야의 전문가라면 본 발명의 요지 및 범위를 벗어나지 않는 한 여러가지 응용 및 변형이 가능하다는 것을 알 것이다.

Claims (20)

  1. 적어도 4층을 포함하는 복수개의 전극; 및
    상기 복수개의 전극과 적층되어 공진자 몸체를 구성하는 적어도 3층의 압전체층; 을 포함하는 압전 공진자로서,
    상기 적어도 3층의 압전체층 중의 적어도 2층은 상기 복수개의 전극에 실질적으로 수직인 방향으로 분극되고, 상기 전극은, 상기 압전체층의 제 1 부분에 있어서는 전계가 상기 압전체층의 분극 방향과 동일한 방향으로 발생하고, 또한 상기 압전체층의 제 2 부분에 있어서는 전계가 상기 압전체층의 분극 방향과 다른 방향으로 발생하도록 서로 접속된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  2. 제 1항에 있어서, 짝수층의 전극과 홀수층의 압전체층이 적층되어 공진자 몸체를 구성하고, 상기 복수개의 전극은, 중앙의 압전체층이 분극되지 않고, 중앙의 압전체층의 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 또한 중앙의 압전체층의 다른 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 반대가 되도록 서로 접속된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 압전 공진자가 약 300㎑∼약 800㎑의 주파수 대역에서 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  4. 제 1항에 있어서, 적어도 4층의 전극이 실질적으로 정사각형 형상인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  5. 제 1항에 있어서, 적어도 3층의 압전체층이 실질적으로 정사각형 형상인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 분극 방향이 중앙의 압전체층의 양 측면에서 내측을 향하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 분극 방향이 중앙의 압전체층의 양 측면에서 외측을 향하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 적층된 공진자 몸체의 내부 전극 및 압전체층은 인가되는 전압에 반응하여 굴곡 진동 모드로 진동하도록 배열된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 적층된 공진자 몸체의 한 변의 길이를 Lb로 나타내고, 압전체층의 유전율을 ε로 나타내고, 각 압전체층의 두께를 t1, t2및 t3으로 나타내는 경우, 단자간 용량 Cb는 수학식 4a로 정의되고, 수학식 4a에서 ε0은 진공에서의 유전율인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
    (수학식 4a)
    Cb= (ε·ε0· Lb 2)(1/ta＋ 1/tb＋ 1/tc)
  10. 제 1항에 있어서, 압전체층의 수는 적어도 5개인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  11. 제 1항에 있어서, 내부 전극의 수는 적어도 4개인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  12. 복수개의 전극층; 및
    복수개의 전극과 적층되어 공진자 몸체를 구성하는 복수개의 압전체층; 을 포함하는 압전 공진자로서,
    상기 압전체층 중의 적어도 2층은 상기 복수개의 전극층에 실질적으로 수직인 방향으로 분극되고, 상기 전극은, 상기 압전체층의 제 1 부분에 있어서는 전계가 상기 압전체층의 분극 방향과 동일한 방향으로 발생하고, 또한 상기 압전체층의 제 2 부분에 있어서는 전계가 상기 압전체층의 분극 방향과 다른 방향으로 발생하도록 서로 접속된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  13. 제 12항에 있어서, 짝수층의 전극층 및 홀수층의 압전체층이 적층되어 공진자 몸체를 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 복수개의 전극은, 중앙의 압전체층이 분극되지 않고, 중앙의 압전체층의 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 동일하고, 또한 중앙의 압전체층의 다른 한 측면에서 분극 방향과 전계 방향이 반대가 되도록 서로 접속된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 압전 공진자가 약 300㎑∼약 800㎑의 주파수 대역에서 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 복수 개의 전극층 및 상기 복수 개의 압전체층은 실질적으로 정사각형 형상인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 분극 방향이 중앙 압전체층의 양 측면에서 내측을 향하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 분극 방향이 중앙 압전체층의 양 측면에서 외측을 향하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  19. 제 12항에 있어서, 상기 적층된 공진자 몸체의 내부 전극 및 압전체층은 인가되는 전압에 반응하여 굴곡 진동 모드로 진동하도록 배열된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
  20. 제 1항에 있어서, 압전체층의 수는 적어도 3개이고, 내부 전극의 수는 적어도 2개인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
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