KR20060097839A - Piezoelectric vibrator with double side and piezoelectric a flat panel speaker - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양면으로 진동하는 압전 진동자 및 이를 이용한 압전 평판 스피커에 관한 것으로, 평판탄성체 고정자에 의해 일정 간격으로 평행하게 설치된 제 1 및 제 2 평판 탄성체; 상기 제 2 평판 탄성체와 대응되는 제 1 평판 탄성체에 부착된 제 1 진동전달용 탄성체; 상기 제 1 평판 탄성체와 대응되는 제 2 평판 탄성체에 부착된 제 2 진동전달용 탄성체; 및 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체 사이에 부착된 탄성체와 상기 탄성체의 일측에 상하로 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체를 구비한 양면 진동자;를 구비함으로써, 음압을 크게 구현할 수 있고, 진동 전달 탄성체의 면적을 절반(1/2)이하로 줄일 수 있다. 이에 의해, 압전 진동자의 크기를 소형화 할 수 있고, 저음부의 음압과 음질을 개선 할 수 있다.The present invention relates to a piezoelectric vibrator vibrating on both sides and a piezoelectric flat panel speaker using the same, comprising: first and second flat elastic bodies installed in parallel at regular intervals by a flat elastic stator; A first vibration transmitting elastic body attached to the first flat elastic body corresponding to the second flat elastic body; A second vibration transmitting elastic body attached to the second flat elastic body corresponding to the first flat elastic body; And a double-sided vibrator having an elastic body attached between the first and second vibration transmitting elastic bodies and first and second piezoelectric bodies respectively attached up and down on one side of the elastic body, thereby achieving a large sound pressure. The area of the vibration transmitting elastic body can be reduced to less than half (1/2). As a result, the size of the piezoelectric vibrator can be miniaturized, and the sound pressure and sound quality of the bass portion can be improved.
또한, 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자를 이용한 압전 평판 스피커는 진동판의 제한이 적기 때문에 다각형등 다양한 모양의 진동자, 스피커 제작이 가능하며 수중이나 다습한 환경에서 사용이 가능한 형태로 만들 수 있다.In addition, the piezoelectric flat panel speaker using the piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention is limited in the diaphragm, so it is possible to manufacture a vibrator of various shapes such as polygons, speakers, and can be made in a form that can be used in underwater or humid environments. .
압전 진동자, 압전체, 탄성체, 평판 탄성체, 진동전달용 탄성체 Piezoelectric vibrator, piezoelectric body, elastic body, plate elastic body, elastic body for vibration transmission
Description
도 1은 종래의 일면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도 1 is a longitudinal sectional view and a bottom view of a piezoelectric vibrator vibrating to a conventional one surface
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도2A and 2B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a first embodiment of the present invention;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도3A and 3B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a second embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도4A and 4B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a third embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도5A and 5B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a fourth embodiment of the present invention.
도 6은 종래의 압전 진동자 구조에 의한 음압(a)과 본 발명의 압전 진동자 구조에 의한 음압(b)을 비교한 그래프도Figure 6 is a graph comparing the sound pressure (a) by the conventional piezoelectric vibrator structure and the sound pressure (b) by the piezoelectric vibrator structure of the present invention
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
100, 200, 300, 400 : 양면 진동자100, 200, 300, 400: double side vibrator
110a : 제 1 압전체 110b : 제 2 압전체110a: first piezoelectric 110b: second piezoelectric
120a : 제 1 진동전달용 탄성체 120b : 제 2 진동전달용 탄성체120a: elastic body for
130a : 제 1 평판 탄성체 130b : 제 2 평판 탄성체130a: first plate
140 : 평판탄성체 고정자 150 : 탄성체140: plate elastic body stator 150: elastic body
본 발명은 양면으로 진동하는 압전 진동자 및 이를 이용한 압전 평판 스피커에 관한 것으로, 특히 전체 음역에 대해 높은 음압을 가지는 진동면이 양면으로 진동하는 압전 진동자 및 이를 이용한 압전 평판 스피커에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric vibrator vibrating on both sides and a piezoelectric flat panel speaker using the same, and more particularly, to a piezoelectric vibrator vibrating on both sides of a vibrating surface having a high sound pressure for the entire sound range and a piezoelectric flat panel speaker using the same.
일반적으로, 압전 진동자는 외부로부터 공급된 전기적 신호에 의해 기계적 진동으로 변환하여 발생하고, 발생된 기계적 진동을 외부로 전달하여 음향을 발생시키도록 탄성체와 압전체 등으로 구성되어 있다. 이를 위해 상기 압전 진동자의 압전체에는 외부로부터 전기적 신호를 수신하기 위한 전극이 부착되어 있다. 그러면, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 압전 진동자에 대해 설명하기로 한다.In general, a piezoelectric vibrator is converted into mechanical vibration by an electrical signal supplied from the outside, and is composed of an elastic body and a piezoelectric body to generate sound by transferring the generated mechanical vibration to the outside. To this end, an electrode for receiving an electrical signal from the outside is attached to the piezoelectric body of the piezoelectric vibrator. Then, a conventional piezoelectric vibrator will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 일면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도이다.1 is a longitudinal sectional view and a bottom view of a piezoelectric vibrator vibrating to a conventional surface.
종래의 일면으로 진동하는 압전 진동자는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부로부터 공급된 전기적신호에 의해 기계적으로 진동을 발생하는 일면 작동 진동자(10)와, 상기 일면 작동 진동자(10)에 부착되어 상기 일면 작동 진동자(10)로부터 전달된 기계적 진동을 평탄 탄성체(30)로 전달하는 진동 전달용 탄성체(20)와, 상기 진동 전달용 탄성체(20)를 고정하며 상기 진동 전달용 탄성체(20)로부터 전달된 기계 적 진동을 외부로 전달하는 평판 탄성체(30)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a conventional piezoelectric vibrator vibrating to one surface is attached to the one
이러한 구성을 갖는 종래의 압전 진동자는 상기 일면 작동 진동자(10)가 외부로부터 공급된 전기적신호(예를 들어, 디지털오디오신호)에 의해 구동하여 진동을 발생하면, 상기 일면 작동 진동자(10)의 한쪽면에 부착되어 있는 상기 진동전달용 탄성체(20)가 상기 일면 작동 진동자(10)에서 발생된 기계적 진동을 상기 평판 탄성체(30)로 전달함으로써, 음압을 발생시키도록 되어 있다. A conventional piezoelectric vibrator having such a configuration is that when the one-
그러나, 이러한 구성을 갖는 종래의 압전 진동자는 높은 음압을 발생시킬 수록 상기 일면 작동 진동자(10)와 상기 진동전달용 탄성체(20)의 크기를 크게 만들어 주어야하기 때문에 압전 진동자의 크기가 증가되는 문제점이 있었고, 또한 균일한 진동의 전파를 위해서는 반드시 평탄화된 면이 요구되었다.However, the conventional piezoelectric vibrator having such a configuration has a problem that the size of the piezoelectric vibrator is increased because the size of the one-
또한, 종래의 압전 진동자를 이용한 압전 스피커에서는 진동 여진기로부터 발생된 진동이 음압이 낮고 공진 주파수가 3kHz 이상의 높은 부근에서 형성되기 때문에 높은 주파수에서 낮은 음압을 발생시키는 데에는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여, 종래에는 복수개의 압전 진동자를 사용하는 방법들이 시도되었으나 높은 음압을 얻는 데에는 성공하지 못해 현재 널리 사용되고 있지 못하는 실정이다.In addition, in the piezoelectric speaker using a conventional piezoelectric vibrator, there is a problem in generating low sound pressure at a high frequency because the vibration generated from the vibration exciter is formed in the vicinity of the high sound pressure is low and the resonance frequency is 3kHz or more. In order to solve this problem, conventional methods using a plurality of piezoelectric vibrators have been attempted, but have not been successful in obtaining high sound pressure and are not currently widely used.
한편, 음압을 높이기 위한 종래의 압전 진동자의 구조는 출원된 미국특허(US Patent 4,593,160)와 같이 바이모프(Bimorph) 타입의 직사각형 액추에이터 형태의 진동자를 사용하거나, 이와 유사하게 출원된 미국특허(US Patent 5,632,841)와 같이 응력을 받은 탄성체에 강유전 웨이퍼를 부착시켜 액추에이터를 제작하는 방법이 제안되었다. 또한, 여러 개의 진동자를 배치하거나 압전체의 후방에 진동형태를 변 형시키기 위해 질량체를 장착시키는 구조등도 제안되었으나 압전스피커의 음압을 높이는데는 크게 실효를 얻지 못하고 있다.Meanwhile, the structure of a conventional piezoelectric vibrator for increasing sound pressure may be a bimorph type rectangular actuator type oscillator, such as US Patent 4,593,160, or similarly applied US Patent (US Patent) A method of fabricating an actuator by attaching a ferroelectric wafer to a stressed elastomer such as 5,632,841 has been proposed. In addition, a structure in which a mass body is mounted in order to arrange a plurality of vibrators or to deform the vibration form behind the piezoelectric body has been proposed, but it has not been very effective to increase the sound pressure of the piezoelectric speaker.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 압전체를 진동 전달용 탄성체에 대칭적인 구조로 상/하에 연결시켜 동일한 에너지로 양면을 진동시킴으로써 음압을 크게 구현할 수 있는 양면으로 진동하는 압전 진동자를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to connect the piezoelectric body in a symmetrical structure to a vibration transmitting elastic body up and down to vibrate both sides with the same energy to realize a large sound pressure To provide a vibrating piezoelectric vibrator.
또한, 본 발명의 다른 목적은 진동 전달 탄성체의 면적을 절반 이하로 줄임여서(줄임으로써/줄여서) 소형화를 가능케 하고 저음부의 음압과 음질을 개선할 수 있는 양면으로 진동하는 압전 진동자를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator that vibrates on both sides to reduce the area of the vibration transmitting elastic body to less than half (by reducing / reducing) and to improve the sound pressure and sound quality of the bass.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제품의 구조를 단순화하고 소형화시켜 제조 공정을 단순화시키고, 소비 전력 및 노이즈에 의한 신호 왜곡을 감소 시킬 수 있는 양면으로 진동하는 압전 진동자를 제공하는데 있다.Further, another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator that vibrates on both sides, which simplifies and miniaturizes the structure of the product to simplify the manufacturing process and reduce signal distortion caused by power consumption and noise.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 다각형등 다양한 형태의 제품을 만들 수 있어 공간, 디자인제약을 적게 받는 압전 진동자를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator that can be made in a variety of forms, such as polygons, less space, design constraints.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 수중이나 다습한 환경에서도 사용이 가능한 양면으로 진동하는 압전 진동자를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator vibrating on both sides that can be used in underwater or humid environments.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 양면으로 진동하는 압전 진동자를 이용한 압전 평판 스피커를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a piezoelectric flat panel speaker using a piezoelectric vibrator vibrating on both sides.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자는 평판탄성체 고정자에 의해 일정 간격으로 평행하게 설치된 제 1 및 제 2 평판 탄성체; 상기 제 2 평판 탄성체와 대응되는 제 1 평판 탄성체에 부착된 제 1 진동전달용 탄성체; 상기 제 1 평판 탄성체와 대응되는 제 2 평판 탄성체에 부착된 제 2 진동전달용 탄성체; 및 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체 사이에 부착된 탄성체와 상기 탄성체의 일측에 상하로 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체를 구비한 양면 진동자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention for achieving the above object is a first and second plate elastic body installed in parallel at a predetermined interval by a flat plate elastic stator; A first vibration transmitting elastic body attached to the first flat elastic body corresponding to the second flat elastic body; A second vibration transmitting elastic body attached to the second flat elastic body corresponding to the first flat elastic body; And a double-sided vibrator having an elastic body attached between the first and second vibration transmitting elastic bodies and first and second piezoelectric bodies respectively attached up and down on one side of the elastic body.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 다른 압전 진동자는 평판탄성체 고정자에 의해 일정 간격으로 평행하게 설치된 제 1 및 제 2 평판 탄성체와, 상기 제 2 평판 탄성체와 대응되는 상기 제 1 평판 탄성체에 부착된 제 1 진동전달용 탄성체; 상기 제 1 평판 탄성체와 대응되는 제 2 평판 탄성체에 부착된 제 2 진동전달용 탄성체; 및 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체에 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체와 상기 제 1 및 제 2 압전체 사이에 부착된 탄성체를 구비한 양면 진동자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Another piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention for achieving the above object is a first plate and a second plate elastic body installed in parallel at regular intervals by a plate elastic stator, and the first plate corresponding to the second plate elastic body A first vibration transmitting elastic body attached to the elastic body; A second vibration transmitting elastic body attached to the second flat elastic body corresponding to the first flat elastic body; And a double-sided vibrator having first and second piezoelectric bodies attached to the first and second vibration transmitting elastic bodies, respectively, and an elastic body attached between the first and second piezoelectric bodies.
여기서, 상기 양면 진동자는 상기 탄성체의 타측에 상하로 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the double-sided vibrator further comprises a first and a second piezoelectric body attached to the other side of the elastic body up and down, respectively.
그리고, 상기 양면 진동자는 상기 제 1 및 제 2 압전체의 중앙 부분에 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체가 각각 부착된 것을 특징으로 한다.The double-sided vibrator is characterized in that the first and second vibration transmitting elastic bodies are attached to the central portion of the first and second piezoelectric bodies, respectively.
또한, 상기 양면 진동자는 상기 제 1 및 제 2 압전체의 일측면에 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체가 각각 부착된 것을 특징으로 한다.In addition, the double-sided vibrator is characterized in that the elastic body for the first and second vibration transmission is attached to one side of the first and the second piezoelectric body, respectively.
또한, 상기 제 1 및 제 2 압전체는 에폭시에 의하여 상기 제 1 및 제 2 진동 전달용 탄성체와 상기 탄성체에 부착되는 것을 특징으로 한다.The first and second piezoelectric bodies may be attached to the first and second vibration transmitting elastic bodies and the elastic body by epoxy.
또한, 상기 압전 진동자의 진동을 발생시키는 상기 평판형 탄성체를 지탱하는 외관 형태는 다각형으로 구현된 것을 특징으로 한다.In addition, the external shape supporting the flat elastic body that generates the vibration of the piezoelectric vibrator is characterized in that it is implemented in a polygon.
또한, 상기 압전 진동자의 탄성체는 금속인 것을 특징으로 한다.In addition, the elastic body of the piezoelectric vibrator is characterized in that the metal.
또한, 상기 압전 진동자의 탄성체는 영률(Young's modulus)이 10GPa 이상의 고분자 물질인 것을 특징으로 한다.In addition, the elastic body of the piezoelectric vibrator is characterized in that the Young's modulus is a polymer material of 10 GPa or more.
또한, 상기 압전체는 압전성 물질로서 PZT(납 지르코늄 티타네이트계 물질) 다결정 세라믹 물질이거나, 또는 PZT(납 지르코늄 티타네이트계 물질), PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질), PYN-PT(납 이터비움 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질) 및 PIN-PT(납 인듐 니아오베이트 - 납 티타네이트계 물질)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나로서 강유전성 단결정 물질인 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric material is a PZT (lead zirconium titanate-based material) polycrystalline ceramic material, or PZT (lead zirconium titanate-based material), PMN-PT (lead magnesium niobate-lead titanate-based material), PZN-PT (lead zinc niobate-lead titanate-based material), PYN-PT (lead iterium niobate-lead titanate-based material) and PIN-PT (lead indium niobate-lead titanate-based material It is characterized in that the ferroelectric single crystal material selected from the group consisting of).
또한, 상기 압전성 물질은 압전성 물질의 단층 또는 복층 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric material may be formed of a single layer or a multilayer structure of the piezoelectric material.
또한, 상기 복층 구조의 압전체는 각 층의 단면적과 형태가 같은 층을 적층하거나 또는 단면적이 다르거나 형태도 서로 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric body of the multilayer structure may be characterized by stacking layers having the same cross-sectional area and shape, or having a different cross-sectional area or different shapes.
또한, 상기 압전성 물질은 다결정 또는 단결정 물질이 벌크 또는 박막 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric material is characterized in that the polycrystalline or single crystal material is made in bulk or thin film form.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자를 이용한 압전 평판 스피커는 청구항 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 압전 진동자를 구비한 것을 특징으로 한다.A piezoelectric flat panel speaker using a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention for achieving the above object is provided with the piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 13.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[제 1 실시예][First Embodiment]
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도이다.2A and 2B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the first embodiment of the present invention.
상기 제 1 실시예에 의한 압전 진동자는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 평판탄성체 고정자(140)에 의해 일정 간격으로 평행하게 설치된 제 1 및 제 2 평판 탄성체(130a)(130b)와, 상기 제 2 평판 탄성체(130b)와 대응되는 상기 제 1 평판 탄성체(130a)에 부착된 제 1 진동전달용 탄성체(120a)와, 상기 제 1 평판 탄성체(130a)와 대응되는 제 2 평판 탄성체(130b)에 부착된 제 2 진동전달용 탄성체(120b)와, 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체(120a)(120b) 사이에 부착된 탄성체(150)와 상기 탄성체(150)의 일측 및 타측에 상하로 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)를 구비한 양면 진동자(100)를 구비하고 있다. As shown in FIGS. 2A and 2B, the piezoelectric vibrator according to the first embodiment includes first and second plate
이와 같이, 상기 압전 진동자는 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하기 위해 상기 탄성체(150)의 양측에 상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)를 상하로 각각 부착하는 유니모프(Unimorph) 또는 바이모프(Bimorph) 형태의 액추에이터로써, 상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)의 구동에 의해 발생되는 기계적 진동을 외부로 전달하기 위한 상기 진동전달용 탄성체(120a)(120b)를 상기 탄성체(150)의 상하면에 부착된 단순한 구조로 구성되어 있다. As described above, the piezoelectric vibrator is a unimorph (or bimorph) for attaching the first and second piezoelectric material (110a, 110b) up and down respectively on both sides of the
상기 양면 진동자(100)는 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 탄성체(150)와 상기 탄성체(150)의 일측 및 타측에 상하로 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)로 구성되어 있는데, 상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)에는 외부로부터 전기적 신호(예를 들어, 디지털오디오신호 등)를 수신하기 위한 전극(미도시)이 부착되어 있다.As described above, the double-
종래 기술의 경우는 도 1에서 설명한 바와 같이, 인가된 전기적 신호에 의해 상기 압전진동자(10)가 발진을 하여 발생된 진동을 한쪽 면에만 전달하는 형태이다. 즉, 상기 압전진동자(10)에서 발생된 기계적 진동이 상기 압전진동자(10)의 한쪽에만 부착되어있는 상기 진동전달용 탄성체(20)에 의해 상기 평판탄성체(30)로 전달함으로써 음압을 발생시키는 구조였다. In the prior art, as described with reference to FIG. 1, the
그러나, 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자는 상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)를 상기 탄성체(150)의 일측 및 타측의 상하에 각각 부착하여 상기 탄성체(150)의 양쪽면과 상하면에서 진동을 발생시킴으로써, 종래의 일면으로 진동하는 압전 진동자의 구조에서 보다 진동전달용 탄성체의 면적을 절반(1/2) 이하로 감소 시킬 수 있으며, 발생되는 음압 또한 30dB 이상 크게 할 수 있다.However, the piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention attaches the first and second
[제 2 실시예]Second Embodiment
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도이다.3A and 3B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a second embodiment of the present invention.
상기 제 2 실시예에 의한 압전 진동자는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 평판탄성체 고정자(240)에 의해 일정 간격으로 평행하게 설치된 제 1 및 제 2 평판 탄성체(230a)(230b)와, 상기 제 2 평판 탄성체(230b)와 대응되는 상기 제 1 평판 탄성체(230a)에 부착된 제 1 진동전달용 탄성체(220a)와, 상기 제 1 평판 탄성체(230a)와 대응되는 제 2 평판 탄성체(230b)에 부착된 제 2 진동전달용 탄성체(220b)와, 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체(220a)(220b)에 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체(210a)(210b)와 상기 제 1 및 제 2 압전체(210a)(210b) 사이에 부착된 탄성체(250)를 구비한 양면 진동자(200)를 구비하고 있다. As shown in FIGS. 3A and 3B, the piezoelectric vibrator according to the second embodiment includes first and second plate
상기 제 2 실시예에 의한 압전 진동자는 상기 탄성체(250)의 상하부면에 상기 제 1 및 제 2 압전체(210a)(210b)가 각각 부착되고, 상기 제 1 및 제 2 압전체(210a)(210b)의 중간 부분에 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체(220a)(220b)가 각각 부착된 구조를 나타낸 것이다.In the piezoelectric vibrator according to the second embodiment, the first and second
상기 압전 진동자는 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 상기 제 1 및 제 2 압전체(210a)(210b)를 상기 탄성체(250)의 상하면 전체에 각각 부착하여 상기 탄성체(250)의 상하면에서 진동을 발생시킴으로써, 종래의 일면으로 진동하는 압전 진동자의 구조에서 보다 진동전달용 탄성체의 면적을 절반(1/2) 이하로 감소 시킬 수 있으며, 발생되는 음압 또한 30dB 이상 크게 할 수 있다.Like the first embodiment, the piezoelectric vibrator attaches the first and second
[제 3 실시예]Third Embodiment
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도이다.4A and 4B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a third embodiment of the present invention.
상기 제 3 실시예에 의한 압전 진동자는 도 3과 같은 구조를 갖는 양면 진동자(300)의 제 1 및 제 2 압전체(310a)(310b)의 일측면에 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체(320a)(320b)를 부착한 구조를 나타낸 것이다. 여기서, 상기 양면 진동자(300)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 진동전달용 탄성체(220a)(220b)가 일측면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 압전체(310a)(310b)와, 상기 제 1 및 제 2 압전체(310a)(310b) 사이에 부착된 탄성체(350)를 구비하고 있다. 여기서, 상기 제 3 실시예에 의한 압전 진동자의 동작 및 효과는 상기 제 1 및 제 2 실시예와 동일하다.The piezoelectric vibrator according to the third embodiment of the first and second
[제 4 실시예][Example 4]
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자의 종단면도와 저면도이다.5A and 5B are longitudinal sectional and bottom views of a piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to a fourth embodiment of the present invention.
상기 제 4 실시예에 의한 압전 진동자는 도 3에 도시된 제 2 실시예와 그 단면 구조는 동일하지만, 양면 진동자(400)의 진동을 발생시키는 제 1 및 제 2 평판 탄성체(430a)(430b)를 지탱하는 외관 형태가 원형으로 구현된 것을 나타낸 것이다.The piezoelectric vibrator according to the fourth embodiment has the same cross-sectional structure as the second embodiment shown in FIG. 3, but includes first and second flat
한편, 본 발명에서는 상기 압전 진동자의 외관을 원형이 아닌 다각형으로 구현할 수도 있다.Meanwhile, in the present invention, the appearance of the piezoelectric vibrator may be implemented as a polygon rather than a circle.
도 6은 종래의 압전 진동자 구조에 의한 음압(a)과 본 발명의 압전 진동자 구조에 의한 음압(b)을 비교한 그래프도이다. 그래프에 도시된 바와 같이, 종래의 진동 전달 탄성 체면적보다 절반(1/2) 이하의 작은 면적으로 30dB 이상의 음압을 개선할 수 있다.Fig. 6 is a graph showing a comparison between the sound pressure (a) of the conventional piezoelectric vibrator structure and the sound pressure (b) of the piezoelectric vibrator structure of the present invention. As shown in the graph, it is possible to improve the sound pressure by 30 dB or more with an area smaller than half (1/2) smaller than the conventional vibration transmitting elastic body area.
도 2 내지 도 5에 도시된 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자에 있어서, 상기 탄성체들(150 내지 450)은 강철, 알루미늄 합금 등의 금속인 것이 바람직하다. 또한, 영률(Young's modulus)이 큰, 바람직하게는 10Gpa 이상의 영률을 갖는 고분자 물질도 가능하며 그 종류는 특별히 제한되지 않는다.In the piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention shown in Figures 2 to 5, the elastic bodies (150 to 450) is preferably a metal, such as steel, aluminum alloy. In addition, a polymer material having a high Young's modulus, preferably having a Young's modulus of 10 Gpa or more is possible, and the type thereof is not particularly limited.
상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)와 상기 탄성체(150)를 부착하는 수단으로서 에폭시와 같이 경화 후 높은 경도값을 갖는 접착제가 바람직하며, 이에 따라 신호가 감쇠하는 현상을 최소한으로 줄일 수 있다.As a means for attaching the first and second
그리고, 상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)와 상기 탄성체(150)의 두께, 다면 형상 및 크기, 무게 중심의 형태는 적용되는 장치에 따라 적절히 조절될 수 있다.In addition, the thicknesses of the first and second
또한, 상기 압전체(110a)의 압전성 물질은 종래에 널리 사용되는 PZT(납 지르코늄 티타네이트 계 물질)의 다결정 세라믹이거나 압전 특성이 우수한 압전성 단결정 세라믹 물질로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the piezoelectric material of the
또한, 본 발명에서 사용되는 강유전성 단결정 물질로는 PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트-납 티타네이트 계 물질), PZT(납 지르코늄 티타네이트 계 물질), PYN-PT(납 이터비움 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PIN-PT(납 인듐 니아오베이트 -납 티타네이트계 물질)이 이용될 수 있다.In addition, the ferroelectric single crystal materials used in the present invention include PMN-PT (lead magnesium niobate-lead titanate-based material), PZN-PT (lead zinc niobate-lead titanate-based material), PZT (lead zirconium Titanate-based material), PYN-PT (lead iterium niobate-lead titanate-based material), PIN-PT (lead indium niaobate-lead titanate-based material).
본 발명에 따른 단결정 물질 중 PMN-PT 단결정과 PZT 세라믹 및 PVDF와의 압전 특성을 아래의 표 1에서 비교하였다.The piezoelectric properties of PMN-PT single crystal and PZT ceramic and PVDF among the single crystal materials according to the present invention were compared in Table 1 below.
상기 표 1은 실측값으로 IEEE 표준(standard) 공진법(resonant measurement)으로 측정하였다. 간섭계(interferometric measurement)를 이용하여 전압에의한 변형량을 측정하였다. d33, 두께 모드(Thickness)의 압전변형계수, k33은 두께모드에서의 전기기계결합계수, g33는 두께모드에서 압전전압계수이다.Table 1 was measured by the IEEE standard resonant measurement (measured value). The amount of deformation due to voltage was measured using an interferometric measurement. d33, the piezoelectric strain coefficient of the thickness mode, k33 is the electromechanical coupling coefficient in the thickness mode, and g33 is the piezoelectric voltage coefficient in the thickness mode.
압전 특성을 갖는 재료에 전계를 인가할 때 발생하는 변형량은 아래 수학식 1로 표현 할수 있다.The amount of deformation generated when an electric field is applied to a material having piezoelectric properties can be expressed by Equation 1 below.
여기서,here,
ΔL = 변형량 [m]ΔL = strain [m]
S = 변형률S = strain
Lo = 변형전 길이 [m] Lo = length before deformation [m]
dij = 압전변형계수 [pV/m]dij = piezoelectric strain factor [pV / m]
E = 전계 강도 [V/m] E = field strength [V / m]
이다.to be.
상기 수학식 1로부터 압전 재료의 변위는 압전변형계수(dij)에 비례함을 알 수 있다.It can be seen from Equation 1 that the displacement of the piezoelectric material is proportional to the piezoelectric strain coefficient dij.
상기 표 1에 의하면, 압전 물질로는 PMN-PT 단결정이 PVDF나 PZT 세라믹계열을 사용하는 것 보다. 4배 또는 70배 이상 우수한 특성을 같는다. 따라서 본 발명에서는 특성값으로는 PMN-PT 압전 단결정을 사용하거나 PZT 세라믹스로 적층형태를 사용하는 것이 좋다.According to Table 1, PMN-PT single crystal is used as the piezoelectric material than PVDF or PZT ceramic series. 4 or 70 times more excellent properties. Therefore, in the present invention, it is preferable to use PMN-PT piezoelectric single crystal as a characteristic value or to use a laminated form of PZT ceramics.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)의 단결정 물질은 벌크 또는 막 형태의 구조일 수 있고, 단층 또는 적층 구조일 수 있다. 압전성 단결정 물질을 막 형태로 구성할 경우, 벌크 형태의 압전성 단결정 물질을 박막 형태로 연마한 후 전극에 부착하거나 전극에 부착된 후 박막 형태로 연마 가공될 수 있다. 박막 형태로 압전 단경정 물질을 구성할 경우 제 1 및 제 2 압전체(110a)(110b)의 전체적인 두께가 감소될 수 있다.According to another feature of the present invention, the single crystal materials of the first and second
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들 에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified and changed by those skilled in the art, which should be regarded as included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. something to do.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자 및 이를 이용한 압전 평판 스피커에 의하면, 압전체가 진동 전달용 탄성체에 대칭적인 구조로 상/하에 연결되어 동일한 에너지로 양면을 진동함으로써 음압을 크게 구현(예를 들어, 30dB 이상)할 수 있다.As described above, according to the piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention and the piezoelectric flat panel speaker using the same, the piezoelectric body is connected to the upper and lower symmetrical structure to the vibration transmitting elastic body to vibrate both sides with the same energy to generate sound pressure. Larger implementations (eg 30 dB or more) can be achieved.
또한, 진동 전달 탄성체의 면적을 절반(1/2)이하로 줄임으로 소형화를 가능케 하고 저음부의 음압과 음질을 개선 할 수 있다.In addition, by reducing the area of the vibration transmitting elastic body to less than half (1/2) to enable the miniaturization and improve the sound pressure and sound quality of the bass.
또한, 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자는 간단한 구조를 가지기 때문에 제조 공정을 현저히 단순화시킬 수 있고, 소비전력 대비 에너지효율을 크게 향상시킬 수 있어 소비 전력의 감소, 제품의 소형화 및 노이즈에 의한 신호 왜곡의 감소를 실현할 수 있다. In addition, since the piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention has a simple structure, the manufacturing process can be significantly simplified, and the energy efficiency can be greatly improved compared to the power consumption, thereby reducing power consumption, miniaturization of the product, and noise. Reduction of signal distortion can be realized.
또한, 본 발명에 의한 압전 진동자를 이용한 압전 평판 스피커는 다각형등 다양한 형태의 제품을 만들 수 있어 공간, 디자인제약을 적게 받아 활용 분야를 넓게 할 수 있다.In addition, the piezoelectric flat panel speaker using the piezoelectric vibrator according to the present invention can make a variety of products, such as polygons can be widened the field of application by receiving less space, design constraints.
또한, 본 발명에 의한 양면으로 진동하는 압전 진동자를 이용한 압전 평판 스피커는 진동판의 제한이 적기 때문에 수중이나 다습한 환경에서 사용이 가능한 형태로 만들 수 있다.In addition, the piezoelectric flat panel speaker using the piezoelectric vibrator vibrating on both sides according to the present invention can be made in a form that can be used underwater or in a humid environment because of the limited limitation of the diaphragm.
Claims (14)
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KR1020050018579A KR20060097839A (en) | 2005-03-07 | 2005-03-07 | Piezoelectric vibrator with double side and piezoelectric a flat panel speaker |
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2005
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