KR20070111938A - Piezoelectric vibrator for regenerating sound, and piezoelectric panel speaker and piezoelectric earphone having the same - Google Patents

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Abstract

A piezoelectric vibrator for regenerating sound, and a piezoelectric panel speaker and a piezoelectric earphone having the same are provided to improve the ability of reproducing low-pitched sound by using a multiple layer piezoelectric material. A piezoelectric vibrator includes a piezoelectric actuator(110) for converting an electric signal into a mechanical vibration to reproduce sound. The piezoelectric vibrator has two or more laminated piezoelectric actuators each having elastic material(110b) and piezoelectric material(110a) attached to one side or both sides of the elastic material. A sound absorption material(130) is interposed between the laminated piezoelectric actuators. The elastic material contains one or more selected from a group consisting of copper, tungsten, aluminum, and alloys thereof.

Description

음 재생용 압전 진동자 및 이를 구비한 압전형 패널 스피커 및 압전형 이어폰{PIEZOELECTRIC VIBRATOR FOR REGENERATING SOUND, AND PIEZOELECTRIC PANEL SPEAKER AND PIEZOELECTRIC EARPHONE HAVING THE SAME}Piezoelectric vibrator for sound reproduction, piezoelectric panel speaker and piezoelectric earphone with same {PIEZOELECTRIC VIBRATOR FOR REGENERATING SOUND, AND PIEZOELECTRIC PANEL SPEAKER AND PIEZOELECTRIC EARPHONE HAVING THE SAME}

도 1a와 도 1b는 선행 발명의 실시예에 따른 압전 진동자의 구조를 나타내는 도면.1A and 1B illustrate a structure of a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 종래의 압전 진동자의 여러 실시예의 형태를 나타내는 도면.2A to 2D are views showing the form of various embodiments of a conventional piezoelectric vibrator.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예로 적층형 액추에이터 또는 적층형 압전 버저를 구비하는 압전 진동자를 나타내는 도면.3A-3C illustrate a piezoelectric vibrator having a stacked actuator or a stacked piezoelectric buzzer in an embodiment of the present invention.

도 4는 상기 도 3a의 본 발명에 하우징을 한 패널 스피커의 실시예를 도시한 도면.4 is a view showing an embodiment of a panel speaker housing the present invention of FIG. 3A.

도 5은 본 발명의 실시예와 선행 발명에 의한 압전 진동자의 음 대역과 음압 비교도.5 is a sound band and sound pressure comparison diagram of the piezoelectric vibrator according to the embodiment of the present invention and the prior invention.

도 6은 본 발명의 다른 실시예인 적층형 버저 형태의 압전 진동자를 사용하여 이어폰에 적용한 실시예를 나타내는 도면.Figure 6 is a view showing an embodiment applied to the earphone using a piezoelectric vibrator of the laminated buzzer form another embodiment of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

100: 압전 진동자 110: 압전 액추에이터100: piezoelectric vibrator 110: piezoelectric actuator

110a: 압전체 110b: 탄성체110a: piezoelectric body 110b: elastic body

120: 진동 전달용 탄성체120: elastic body for vibration transmission

120a: 진동 전달용 탄성체의 제 1 부분120a: first portion of the elastic body for vibration transmission

120b: 진동 전달용 탄성체의 제 2 부분 120b: second portion of the elastic body for vibration transmission

130: 흡음체 200: 진동 패널130: sound absorbing body 200: vibration panel

본 발명은 압전체를 사용한 음 재생기에 관한 것으로, 금속 탄성체를 사용할 수도 있고, 특히 효과적인 30㎛ 이하의 구리나 텅스텐, 알루미늄과 같은 탄성체를 사용하며, 본 탄성체에 압전 소재를 붙인 압전 액추에이터를 한 개의 단위로 하여 각 단위의 압전 액추에이터 사이에 나노 섬유, 부직포, 탄소 나노 튜브와 같은 다공성 나노 입자나 일반 나노 입자 등의 흡음체를 사이에 두고 적층한 다층 구조의 진동자를 통해 100Hz 이하의 저음 영역에서부터 3KHz 이상의 고음 영역까지 넓은 대역에 대해 높은 음압을 가지는 압전형 음 재생기에 관한 것이다. The present invention relates to a sound regenerator using a piezoelectric material, which may use a metal elastic body, particularly an elastic body such as copper, tungsten or aluminum having a thickness of 30 μm or less, and a piezoelectric actuator having a piezoelectric material attached thereto. A multi-layered vibrator stacked between the piezoelectric actuators of each unit with sound absorbers such as nanofibers, nonwoven fabrics, and carbon nanotubes or nanoparticles interposed therebetween. The present invention relates to a piezoelectric sound reproducer having a high sound pressure for a wide band up to a high sound region.

종래의 압전형 패널 스피커나 압전형 이어폰에서는 압전체를 사용한 음 재생기가 가지는 근원적인 문제점으로서 500Hz 이하의 저음 영역으로 많이 내려가지 않으며, 저음에서는 특히 음압이 낮고 고음에서는 불균형적으로 음압이 크게 발생되는 근원적인 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 복수의 압전 진동자를 사용하는 방법들이 시도되었으나 저음을 만족스럽게 재생하거나 높은 음압을 얻는 데는 성공 하지 못해 현재 널리 사용되고 있지 못하는 실정이다.In the conventional piezoelectric panel speaker or piezoelectric earphone, the problem of the sound regenerator using the piezoelectric element is not much lowered to the low range of 500 Hz or less, and the low sound pressure is particularly low in the low sound, and the sound pressure is disproportionately large in the high sound. There is a problem. In order to solve this problem, methods using a plurality of piezoelectric vibrators have been attempted, but have not been widely used because they have not succeeded in satisfactorily reproducing low sound or obtaining high sound pressure.

음압을 높이기 위한 구조로서 미국 특허공보 제4,593,160호와 같이 바이모프 타입의 직사각형 액추에이터 형태의 진동자를 사용하거나, 이와 유사하게 미국 특허공보 제5,632,841호와 같이 응력을 받은 탄성체에 강유전 웨이퍼를 부착시켜 액추에이터를 제작하는 방법이 고안되었다. 또한, 여러 개의 진동자를 배치하거나 압전체의 후방에 진동 형태를 변형시키기 위해 질량체를 장착시키는 구조 등도 고안되었으나 압전 스피커의 저음 음압을 높이는 데는 크게 실효를 얻지 못하고 있다.As a structure for increasing the sound pressure, a bimorph type rectangular actuator type oscillator such as US Patent No. 4,593,160 is used, or similarly, a ferroelectric wafer is attached to a stressed elastomer such as US Patent No. 5,632,841 to attach the actuator. A method of making was devised. In addition, a structure in which a mass body is mounted to arrange a plurality of vibrators or to deform the vibration form behind the piezoelectric body has been devised, but it has not been very effective in increasing the bass sound pressure of the piezoelectric speaker.

또한, 압전 스피커와는 별개로 1970년대 벤딩 변환기(bending transducer)에서 진동의 진폭의 크기를 증대시키기 위한 구조에 대한 개념이 고안되어 액상을 원자화시키거나 분무하는 장치에 응용되기도 하였다.(N, setter (2002), Piezoelectric Materials in Devices, p.54 참조) In addition to the piezoelectric speaker, a concept of a structure for increasing the amplitude of vibration in a bending transducer in the 1970s was devised to be applied to an apparatus for atomizing or spraying a liquid phase (N, setter). (2002), Piezoelectric Materials in Devices, p. 54)

본 발명의 목적은, 압전체를 사용한 음 재생기에서 저음 재생능력을 탁월하게 높여 전체 음역에 대해 균일하게 높은 음압을 생성시킬 수 있게 하기 위하여, 얇은 탄성체와 흡음체를 사용하여 구성한 다층 압전 진동자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multilayer piezoelectric vibrator constituted by using a thin elastic body and a sound absorbing body in order to excellently increase the bass reproduction ability in a sound regenerator using a piezoelectric body so as to generate a high sound pressure uniformly over the entire sound range. will be.

상기 여러 층의 압전체의 각 층의 단면적과 형태가 같은 층을 적층하거나 혹은 단면적이 다르거나 형태도 서로 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 한다.The layers having the same cross-sectional area and shape of the layers of the piezoelectric layers of the various layers may be laminated, or may have different cross-sectional areas or different shapes.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 요지는 다음과 같다.The gist of the present invention for achieving the above object is as follows.

본 발명에 따른 제1 실시 태양에 따르면, 탄성체와, 상기 탄성체의 일면 또 는 양면에 부착되는 압전체로 이루어져 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하는 압전 액추에이터를 한 개의 단위로 하여 상기 압전 액추에이터를 2개 층 이상 적층한 음 재생용 압전 진동자가 제공되며, 상기 진동자의 저음 재생 능력을 올리고 고음 부분을 흡수하고 압전체의 진동 양상을 조절하기 위한 진동 조절용 흡음체를 적층 압전 액추에이터들 사이에 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the first aspect of the present invention, two layers of the piezoelectric actuators are formed of an elastic body and a piezoelectric actuator that is formed on one or both sides of the elastic body and converts an electrical signal into mechanical vibration as one unit. A piezoelectric vibrator for reproducing sound is provided, and the vibration control sound absorber for absorbing a high-pitched part of the vibrator and absorbing a high-pitched part and controlling a vibration pattern of the piezoelectric body is included between the laminated piezoelectric actuators. .

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 상기 여러 층의 압전체의 각 층의 단면적과 형태가 같은 층을 적층하거나 혹은 단면적이 다르거나 형태도 서로 다르게 할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the same cross-sectional area and shape of each layer of the piezoelectric layers of the various layers may be laminated, or the cross-sectional area may be different or the shape may be different.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 압전 진동자의 탄성체는 금속이며, 특히 30㎛ 이하의 구리, 텅스텐 등을 사용할 경우 효과가 더욱 증가한다. 또한, 상기 압전 진동자의 탄성체로서 영률이 약 10GPa 이상인 고분자 물질을 사용하는 것도 가능하다.According to still another embodiment of the present invention, the elastic body of the piezoelectric vibrator is a metal, and the effect is further increased especially when copper, tungsten or the like of 30 µm or less is used. It is also possible to use a polymeric material having a Young's modulus of about 10 GPa or more as the elastic body of the piezoelectric vibrator.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 흡음체는 고분자 나노 섬유, 탄소 나노 튜브, 부직포, 나노 입자, 다공성 입자 등을 사용하고 이를 사이에 두고 상기 진동자를 적층하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the sound absorbing body is characterized by laminating the vibrator using polymer nanofibers, carbon nanotubes, nonwoven fabrics, nanoparticles, porous particles, and the like.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 압전체는 압전성 물질로서 PZT(납 지르코늄 티타네이트계 물질) 다결정 세라믹 물질일 수 있다. 또한, 상기 압전체는, PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질), PZT(납 지르코늄 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 세라믹 물질로 이루어질 수도 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the piezoelectric material may be a PZT (lead zirconium titanate-based material) polycrystalline ceramic material as a piezoelectric material. In addition, the piezoelectric material may 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) and PIN-PT (lead indium niaobate-lead titanate-based material), which is made of ferroelectric single crystal ceramic material It may be.

상기 압전체는 압전성 물질의 단층 또는 복층 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 압전체의 각 층의 단면적과 형태가 같은 층을 적층하거나 혹은 단면적이 다르거나 형태도 서로 다르게 할 수 있다. 또한, 상기 압전성 물질은 다결정 또는 단결정 물질이 벌크 또는 박막 형태로 이루어질 수도 있다. The piezoelectric body may be formed of a single layer or a multilayer structure of a piezoelectric material. In addition, layers having the same cross-sectional area and shape as those of each layer of the piezoelectric body may be laminated, or may have different cross-sectional areas or different shapes. In addition, the piezoelectric material may be made of a polycrystalline or monocrystalline material in bulk or thin film form.

본 발명에 따른 제2 실시 태양에 따르면, 전술한 압전 진동자를 구비한 압전형 패널 스피커나 압전형 이어폰이 제공된다.According to the second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric panel speaker or piezoelectric earphone provided with the above-described piezoelectric vibrator.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the contents of the present invention.

도 1은 특허출원 제2004-0100886호(이하, 선행 발명이라 함)에 개시되어 있는 압전 진동자(100)를 나타내는 도면이다. 도 1a는 압전체(110a)가 탄성체(110b)의 일면에 배치된 모노모프형의 압전 액추에이터(110)와 진동 전달용 탄성체(110)를 포함하는 압전 진동자(100)를 나타내며, 진동 전달용 탄성체(110)는 제 1 부분(120a)과 제 2 부분(120b)으로 이루어져 있다. 도 1b는 압전체(110a)가 탄성체(110b)의 양면에 배치된 바이모프형의 압전 액추에이터(110)와 진동 전달용 탄성체(110)를 포함하는 압전 진동자(100)를 나타낸다.1 is a diagram illustrating a piezoelectric vibrator 100 disclosed in Patent Application No. 2004-0100886 (hereinafter, referred to as a prior invention). FIG. 1A illustrates a piezoelectric vibrator 100 including a monomorphic piezoelectric actuator 110 and a vibration transmitting elastic body 110 in which a piezoelectric body 110a is disposed on one surface of an elastic body 110b. 110 consists of a first portion 120a and a second portion 120b. FIG. 1B illustrates a piezoelectric vibrator 100 including a bimorph piezoelectric actuator 110 and a vibration transmitting elastic body 110 in which the piezoelectric body 110a is disposed on both sides of the elastic body 110b.

도 2는 선행 발명과 유사한 구조의 공지의 압전 스피커용 압전 진동자(100)를 나타낸다. 도 2a와 도 2c는 모노모프형의 압전 액추에이터(110)를 사용한 경우이고, 도 2b와 도 2d는 바이모프형의 압전 액추에이터(110)를 사용한 경우이다. 특히, 도 2c와 도 2d에 따른 압전 진동자(100)는 압전체(110a)와 탄성체(110b)의 형 상이 원판형이고 진동 전달용 탄성체(110)를 별도로 구비하고 있지는 않다.2 shows a known piezoelectric vibrator 100 for a piezoelectric speaker having a structure similar to the prior invention. 2A and 2C show a case where a monomorphic piezoelectric actuator 110 is used, and FIGS. 2B and 2D show a case where a bimorph piezoelectric actuator 110 is used. In particular, the piezoelectric vibrator 100 of FIGS. 2C and 2D has a disc shape of the piezoelectric body 110a and the elastic body 110b and does not include the vibration transmitting elastic body 110 separately.

도 2a 내지 도 2d 중에서 가장 일반적인 구조는 도 2b와 같으며, 바이모프 액추에이터(110)에 의해 발생된 진동이 진동 전달용 탄성체(120)를 통해 진동 패널(도 2에는 미도시)을 진동시키는 방식이다. 그러나, 기존의 기술을 이용한 경우, 압전체를 진동자로 사용하여 음을 재생시킬 경우 압전체가 가지는 근원적인 문제로서, 저음 영역이 좁고, 즉 200Hz 이하의 재생이 어렵고 그 음압이 높지 못하다. 2A to 2D, the most common structure is the same as that of FIG. 2B, and the vibration generated by the bimorph actuator 110 vibrates the vibration panel (not shown in FIG. 2) through the vibration transmitting elastic body 120. to be. However, in the case of using the existing technology, when the piezoelectric material is used as a vibrator to reproduce sound, the piezoelectric material has a narrow bass region, i.e., a reproduction of 200 Hz or less is difficult and its sound pressure is not high.

도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 압전 진동자는 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하기 위한 압전 액추에이터(110)와 별도의 압전 액추에이터(110)를, 흡음체를 매개로 하여 여러 층으로 적층하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 압전 액추에이터로는 모노모프나 바이모프 액추에이터나 종래의 압전 버저, 선행특허에 나타난 다중 작용 진동자 등이 사용될 수 있다. 3 is an embodiment according to the present invention, the piezoelectric vibrator is a piezoelectric actuator 110 and a separate piezoelectric actuator 110 for converting an electrical signal into mechanical vibration, by using a sound absorber as a layer to be laminated in multiple layers Characterized in that. As the piezoelectric actuator, a monomorph or bimorph actuator, a conventional piezoelectric buzzer, a multi action vibrator shown in the prior patent, or the like may be used.

본 발명에 따르면, 고분자 나노 섬유, 탄소 나노 튜브, 부직포, 나노 입자, 다공성 입자 등을 흡음체로 사용하여 압전체의 진동 양상을 조절하면, 저음 재생 능력을 올리고 고음 부분을 흡수하는 것이 가능하다.According to the present invention, by adjusting the vibration pattern of the piezoelectric body using polymer nanofibers, carbon nanotubes, nonwoven fabrics, nanoparticles, porous particles, etc. as a sound absorber, it is possible to increase the bass reproducing ability and to absorb the high-pitched parts.

또한, 본 발명의 특징에 의해 각각의 압전 액추에이터(110)의 탄성체(110b)들은 30㎛ 이하의 얇은 판으로 제작된다. 압전 액추에이터(110)는 압전체(110a)와 압전체(110a)에 부착된 탄성체(110b)로 구성된다. 압전체(110a)에는 외부로부터 전기적 신호를 수신하기 위한 전극이 부착되어 있으나, 이러한 전극은 본 발명에 따른 압전 진동자의 구조상의 특징을 명확히 하기 위해 도면에 별도로 도시되어 있지는 않다. Further, by the features of the present invention, the elastic bodies 110b of each piezoelectric actuator 110 are made of a thin plate of 30 μm or less. The piezoelectric actuator 110 is composed of a piezoelectric body 110a and an elastic body 110b attached to the piezoelectric body 110a. An electrode for receiving an electrical signal from the outside is attached to the piezoelectric body 110a, but this electrode is not separately shown in the drawings to clarify the structural features of the piezoelectric vibrator according to the present invention.

본 발명에 따른 압전 진동자는, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 액추에이터(110)에서 발생된 기계적 진동을 외부로 전달하기 위하여 압전 액추에이터에 부착된 진동 전달용 탄성체(120)를 포함하는 구조로 이루어질 수 있거나, 도 3c와 도 3d에 도시되어 있는 바와 같이, 적층된 압전 액추에이터만으로 이루어질 수도 있다. 또한, 압전 액추에이터는 형상이 장방형, 원반형 등일 수 있고, 압전 액추에이터를 구성하는 압전체(110a)들과 탄성체(110b)들은 크기와 형상이 서로 같거나 다를 수도 있으며, 본 발명에 따른 압전 진동자의 구성은 도 3에 예시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.The piezoelectric vibrator according to the present invention, as shown in Figure 3a and 3b, a structure including a vibration transmitting elastic body 120 attached to the piezoelectric actuator to transmit the mechanical vibration generated in the actuator 110 to the outside Or as shown in FIGS. 3C and 3D, it may consist of only stacked piezoelectric actuators. In addition, the piezoelectric actuator may have a rectangular shape, a disc shape, and the like, and the piezoelectric elements 110a and the elastic bodies 110b constituting the piezoelectric actuator may be the same or different in size and shape, and the configuration of the piezoelectric vibrator according to the present invention is It is not limited to the embodiment illustrated in FIG. 3.

본 발명에 따르면, 탄성체로 얇은 금속체를 사용하고, 흡음체를 매개로 하여 적어도 2개의 압전 액추에이터를 적층하여 사용함으로써, 저음 영역을 100Hz 이하로 더욱 넓게 확장하고 전 음역에서 높은 음압을 얻을 수 있다. 이 경우 상기 도 1과 도 2에 나타난 종래 기술에 의한 압전 진동자를 이용한 경우에 비해 20dB 이상 향상된 음압을 나타낼 수 있다.According to the present invention, by using a thin metal body as an elastic body and using at least two piezoelectric actuators stacked through a sound absorbing body, the bass region can be expanded more widely below 100 Hz and high sound pressure can be obtained in the entire range. . In this case, compared to the case of using the piezoelectric vibrator according to the prior art shown in FIG.

도 4는 도 3a의 실시예에 하우징(140)을 완성한 형태의 파넬 스피커를 나타낸다. 저음 영역을 포함하여 음역대를 더욱 확장하기 위해서는, 하우징(140)의 재료로서 고분자 수지를 사용하여 감싸는 구조로 하는 것이 바람직하다.4 illustrates a panel speaker having a housing 140 completed in the embodiment of FIG. 3A. In order to further extend the range including the bass region, it is preferable to have a structure in which a polymer resin is used as the material of the housing 140.

도 5는 도 1에 나타낸 종래 바이모프형 선행 발명의 실시예와 본 발명의 음압을 비교한 데이터이다. 도 5에는 하우징을 적용하였을 때의 음압도 함께 도시되어 있다. 본 발명에 의해 적층형 압전 진동자와 하우징을 한 평판스피커의 경우, 500Hz 이하의 저음 영역에서 향상된 음압을 제공할 수 있다. 한 개의 액추에이터만 으로 조립된 선행 발명의 경우, 특히 500Hz 이하의 저음부에서 낮은 음압을 나타내며 이를 보안하기 위해서 하우징을 적용하면 저음부의 음압만 향상되고 전체적으로는 음압이 감소하는 현상이 발생한다. 본원발명에 따라 적층 구조만을 적용하더라도 선행 발명에 비하여 전체적인 음압 향상이 이루어지고, 적층과 하우징을 모두 적용하면 500Hz 이하의 저음에서의 음압이 더욱 향상된다.5 is data comparing the sound pressure of the present invention with the embodiment of the conventional bimorph type prior art shown in FIG. Figure 5 also shows the sound pressure when the housing is applied. According to the present invention, in the case of a flat panel speaker having a laminated piezoelectric vibrator and a housing, it is possible to provide an improved sound pressure in a low range of 500 Hz or less. In the case of the prior invention assembled with only one actuator, in particular, the low sound pressure is lower in the lower part of 500Hz or less, and in order to secure the housing, the sound pressure of the low sound part is improved and the sound pressure decreases as a whole. Even if only the laminated structure is applied according to the present invention, the overall sound pressure is improved as compared with the prior invention, and when both the laminate and the housing are applied, the sound pressure at a low tone of 500 Hz or less is further improved.

압전 진동자(100)는 진동 패널(200)의 가장자리 소정의 부위에 장착된다. 다층의 압전 액추에이터(110)에서 발생한 진동이 상술한 바와 같이 진동 전달용 탄성체(120)의 제 1 부분(120a)과 제 2 부분(120b)을 거쳐 진동 패널(200)에 전달되어 음향으로 외부로 방출되는데, 본 발명에 따른 다층의 압전 액추에이터(110)를 포함하는 압전 진동자(100)는 기하학적 구조상의 특징으로 인해 종전의 압전 진동자보다 월등하게 높은 음압을 제공할 수 있다.The piezoelectric vibrator 100 is mounted at a predetermined portion of the edge of the vibration panel 200. As described above, the vibration generated in the multilayer piezoelectric actuator 110 is transmitted to the vibration panel 200 through the first part 120a and the second part 120b of the vibration transmitting elastic body 120 to be sounded outward. The piezoelectric vibrator 100 including the multilayer piezoelectric actuator 110 according to the present invention can provide a sound pressure that is significantly higher than that of the conventional piezoelectric vibrator due to its geometrical features.

도 6은, 본 발명에 따른 압전 진동자를 적용할 수 있는 또 다른 실시형태로서, 도 3c에서와 같은 다층 구조의 압전 진동자가 장착된 압전 버저 이어폰의 모식도이다.6 is a schematic diagram of a piezoelectric buzzer earphone equipped with a piezoelectric vibrator having a multilayer structure as shown in FIG. 3C as another embodiment to which the piezoelectric vibrator according to the present invention can be applied.

본 발명에 따른 압전 진동자에 있어서, 상기한 탄성체들은 구리, 텅스텐, 알루미늄 단일체 또는 그 합금 등의 금속인 것이 바람직하다. 또한, 영률이 큰, 바람직하게는 10Gpa 이상의 영률을 갖는 고분자 물질도 가능하며 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 단 금속체를 사용할 경우 30㎛ 이하의 금속판을 사용하는 경우 그 효과가 더욱 커짐을 특징으로 한다.In the piezoelectric vibrator according to the present invention, the elastic bodies are preferably metal such as copper, tungsten, aluminum monolith or alloy thereof. In addition, a polymer material having a high Young's modulus, preferably having a Young's modulus of 10 Gpa or more is also possible, and the type thereof is not particularly limited. However, in the case of using a metal plate, when using a metal plate of 30㎛ or less, the effect is further increased.

본 발명에서 흡음체를 사용하여 적층할 적층 수단으로서 에폭시와 같은 경화 후 높은 경도값을 갖는 접착제가 바람직하며, 이에 따라 신호가 감쇠하는 현상이 최소한으로 될 수 있다.In the present invention, an adhesive having a high hardness value after curing, such as epoxy, is preferable as a lamination means to be laminated using a sound absorber, and thus a phenomenon that a signal is attenuated can be minimized.

진동 절달용 탄성체를 포함하도록 본 발명에 따른 압전 진동자를 구성하는 경우에는, 압전 액추에이터(110)와 탄성체(120)의 두께, 단면 형상 및 크기, 무게 중심의 형태는 적용되는 장치에 따라 적절히 조절될 수 있다.In the case of configuring the piezoelectric vibrator according to the present invention to include the vibration damping elastic body, the shape of the thickness, cross-sectional shape and size, and the center of gravity of the piezoelectric actuator 110 and the elastic body 120 may be appropriately adjusted according to the applied device. Can be.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 압전체(110a)의 압전성 물질은 기존에 널리 사용되는 PZT(납 지르코늄 티타네이트 계 물질)의 다결정 세라믹이거나 압전 특성이 우수한 압전성 단결정 세라믹 물질로 구성되는 것이 바람직하다. According to another feature of the present invention, the piezoelectric material of the piezoelectric material 110a is preferably a polycrystalline ceramic of PZT (lead zirconium titanate-based material) widely used or a piezoelectric single crystal ceramic material having excellent piezoelectric properties.

본 발명에서 사용되는 강유전성 단결정 물질로는 PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트-납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트-납 티타네이트계 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.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 materials), PYN-PT (lead iterium niobate-lead titanate based materials), PIN-PT (lead indium niobate-lead titanate based materials) can be used.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 압전체(110a)의 다결정 물질 또는 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 단결정 물질을 구성할 경우 압전 액추에이터(110)의 전체적인 두께가 감소될 수 있다.According to another feature of the present invention, the polycrystalline material or single crystal material of the piezoelectric body 110a may have a bulk or film structure and may have a single layer or a stacked structure. When the piezoelectric single crystal material is formed in a film form, the piezoelectric single crystal material in bulk may be polished in a thin film form and then attached to an electrode or may be polished in a thin film form after being attached to an electrode. When the piezoelectric single crystal material is formed in a thin film form, the overall thickness of the piezoelectric actuator 110 may be reduced.

이상의 설명은 본 발명의 구체적 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상 기 실시예는 설명을 목적으로 할 뿐이고, 당업자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경과 수정을 가할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해되어야 한다.The above description relates to specific embodiments of the present invention. It should be understood that the embodiments according to the present invention are for illustrative purposes only, and those skilled in the art can make various changes and modifications without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, all such modifications and changes are to be understood as falling within the scope of the invention as set forth in the claims or their equivalents.

이상과 같이 본 발명에 따른 압전 진동자는, 매우 얇은 금속 탄성체를 가지고 있는 2개 이상의 액추에이터가 흡음체를 매개로 하여 적층된 구조를 형성함으로써, 단일 압전체의 고유 특성인 과도하게 크게 나타나는 고음 영역을 일부 흡수하여 저음 영역의 범위를 확장시키고, 저음과 고음 영역에서 전체 음역에 걸쳐 균일하게 높은 음압을 발생시킬 수 있다.As described above, the piezoelectric vibrator according to the present invention forms a structure in which two or more actuators having a very thin metal elastic body are laminated via a sound absorbing body, thereby partially extracting a treble region that is excessively large, which is a characteristic of a single piezoelectric body. Absorption can extend the range of the bass region and generate a uniformly high sound pressure across the entire range in the bass and treble regions.

또한 본 발명에 따른 압전 진동자는 소비전력 대비 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있어 소비 전력의 감소, 제품의 소형화 및 노이즈에 의한 신호 왜곡의 감소를 실현할 수 있다.In addition, the piezoelectric vibrator according to the present invention can greatly improve the energy efficiency compared to the power consumption, thereby realizing a reduction in power consumption, miniaturization of the product, and a reduction of signal distortion due to noise.

또한, 본 발명의 압전 진동자를 사용한 스피커나 이어폰은 진동판의 제한이 적기 때문에 수중이나 다습한 환경에서 사용이 가능한 형태로 만들 수 있다.In addition, the speaker or earphone using the piezoelectric vibrator of the present invention can be made in a form that can be used underwater or in a humid environment because of the limitation of the diaphragm.

Claims (13)

전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하는 압전 액추에이터에 의하여 음을 재생하는 압전 진동자로서,A piezoelectric vibrator that reproduces sound by a piezoelectric actuator that converts an electrical signal into mechanical vibration, 탄성체와 상기 탄성체의 일면 또는 양면에 부착된 압전체를 포함하는 압전 액추에이터가 2개 이상 적층되어 이루어지고,Two or more piezoelectric actuators including an elastic body and a piezoelectric body attached to one or both surfaces of the elastic body are laminated, 적층된 압전 액추에이터들 사이에 흡음체가 배치된 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.A piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that a sound absorbing body is disposed between the stacked piezoelectric actuators. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압전 진동자의 탄성체는 금속인 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.Piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that the elastic body of the piezoelectric vibrator is a metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압전 진동자의 탄성체는 30㎛ 이하의 구리, 텅스텐, 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.The piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that the elastic body of the piezoelectric vibrator is copper, tungsten, aluminum or an alloy thereof of 30 μm or less. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압전 진동자의 탄성체는 영률 10GPa 이상의 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.The piezoelectric vibrator for sound reproduction of the piezoelectric vibrator is a polymer material having a Young's modulus of 10 GPa or more. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흡음체로는 고분자 나노 섬유, 탄소 나노 튜브, 부직포, 나노 입자, 다공성 입자 중에서 선택된 1종 이상이 사용된 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.The sound absorbing body is a piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that at least one selected from polymer nanofibers, carbon nanotubes, nonwoven fabrics, nanoparticles, porous particles is used. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흡음체와 상기 압전 액추에이터의 적층은 에폭시 접착제에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.The piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that the lamination of the sound absorbing body and the piezoelectric actuator is made of an epoxy adhesive. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 압전체는 압전성 물질로서 PZT(납 지르코늄 티타네이트계 물질) 다결정 세라믹 물질이거나,The piezoelectric material is a PZT (lead zirconium titanate-based material) polycrystalline ceramic material as a piezoelectric material, PMN-PT(납 마그네슘 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질), PZN-PT(납 아연 나이오베이트 - 납 티타네이트계 물질), PZT(납 지르코늄 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 세라믹 물질인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.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 data Empty niobate-lead titanate-based material) and PIN-PT (lead indium niaobate-lead titanate-based material), characterized in that the ferroelectric single crystal ceramic material, characterized in that Piezoelectric vibrator for sound reproduction. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 압전체는 압전성 물질의 단층 또는 복층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.The piezoelectric body is a piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that consisting of a single layer or a multilayer structure of piezoelectric material. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 복층 구조의 압전체의 각 층의 단면적과 형태가 같은 층을 적층하거나, 혹은 단면적이 다르거나 형태도 서로 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.A piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that layers having the same cross-sectional area and shape as those of each layer of the piezoelectric body of the multilayer structure can be laminated or different in cross-sectional area or different shapes. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 압전성 물질은 다결정 또는 단결정 물질이 벌크 또는 박막 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 음 재생용 압전 진동자.The piezoelectric material is a piezoelectric vibrator for sound reproduction, characterized in that the polycrystalline or single crystal material is made in bulk or thin film form. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 음 재생용 압전 진동자를 구비한 압전형 패널 스피커.A piezoelectric panel speaker comprising the piezoelectric vibrator for sound reproduction according to any one of claims 1 to 10. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 음 재생용 압전 진동자를 구비한 압전형 이어폰.A piezoelectric earphone provided with a piezoelectric vibrator for sound reproduction according to any one of claims 1 to 10. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 압전 진동자는, 저음 영역을 포함하여 음역대가 확장되도록, 고분자 수지로 이루어진 하우징에 의하여 에워싸인 것을 특징으로 하는 압전형 패널 스피커.The piezoelectric vibrator is a piezoelectric panel speaker, characterized in that it is surrounded by a housing made of a polymer resin so as to expand the range including the bass region.
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