KR20130060344A - 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말 - Google Patents

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KR20130060344A
KR20130060344A KR1020137010421A KR20137010421A KR20130060344A KR 20130060344 A KR20130060344 A KR 20130060344A KR 1020137010421 A KR1020137010421 A KR 1020137010421A KR 20137010421 A KR20137010421 A KR 20137010421A KR 20130060344 A KR20130060344 A KR 20130060344A
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쿄세라 코포레이션
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Abstract

(과제)
박형화 및 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말을 제공한다.
(해결 수단)
지지체(11)와, 지지체(11)에 진동 가능하게 부착된 진동판(12)과, 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자(14)와, 진동 소자(14)의 굴곡하는 표면인 제 1 표면과 진동판(12)의 한쪽 주면 사이에 개재되어서 진동 소자(14)의 제 1 표면과 진동판(12)의 한쪽 주면을 접합하는, 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 변형 가능한 제 1 접합 부재(13)를 적어도 갖고 있는 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말로 한다. 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 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, 판 형상의 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 압전 바이모르프 소자의 길이 방향에 있어서의 일단이 진동판에 고정되어 있기 때문에, 충격이 가해졌을 때에 압전 바이모르프 소자의 고정단 부근에 응력이 집중되어서 파손되기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 또한, 진동판의 한쪽 주면에 압전 소자의 한쪽 주면을 고정하고 압전 소자를 신축 진동시킴으로써 압전 소자와 진동판의 접합체를 굴곡 진동시키는 압전 진동 장치도 알려져 있지만, 그러한 압전 진동 장치에서는 강한 진동을 얻는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또한, 압전 소자와 진동판을 넓은 면적에 걸쳐서 강고하게 고정할 필요가 있기 때문에, 양자 사이에 발생하는 열응력 등에 의해 압전 소자 또는 진동판이 파손되기 쉽다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 기술에 있어서의 문제점을 감안하여 안출된 것이며, 그 목적은 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 압전 진동 장치 및 그것을 사용한 휴대단말을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 압전 진동 장치는 지지체와, 상기 지지체에 진동 가능하게 부착된 진동판과, 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자와, 상기 진동 소자의 굴곡하는 표면인 제 1 표면과 상기 진동판의 한쪽 주면 사이에 개재되어서 상기 진동 소자의 상기 제 1 표면과 상기 진동판의 상기 한쪽 주면을 접합하는, 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 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, 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 휴대단말에 의하면, 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 고장나기 어려운 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 1∼도 3에 있어서의 제 1 접합 부재(13)의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1∼도 3에 있어서의 제 2 접합 부재(16)의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6(a)∼도 6(c)는 본 발명의 실시형태의 예의 압전 진동 장치에 있어서의 진동의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태의 예의 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 추가하여 디스플레이(18)와 전자 회로(도시하지 않음)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 개구된 상자상의 형상을 갖고 있다. 지지체(11)는, 예를 들면 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 박판 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 통해서 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 있고, 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 큰 두께를 갖고 있다. 또한, 제 1 접합 부재(13)는 진동판(12)보다 부드럽고 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있고, 진동판(12)보다 영률, 강성률, 체적 탄성률 등의 탄성률이나 강성이 작다. 즉, 제 1 접합 부재(13)는 변형 가능하고, 같은 힘이 가해졌을 때에 진동판(12)보다 크게 변형된다.
도 4는 제 1 접합 부재(13)의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 4에 있어서는 형상을 알기 쉽게 하기 위해서 두께 방향의 치수를 확대해서 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 접합 부재(13)는 2층의 점착층(131a, 131b)과, 이들 사이에 배치된 기부층(基部層)(132)으로 이루어지는 3층 구조를 갖고 있다.
그리고, 진동판(12)의 한쪽 주면의 일부에 제 1 접합 부재(13)의 한쪽 주면[점착층(131a)측의 표면]이 전체적으로 고정되어 있음과 아울러, 다른쪽 주면[점착층(131b)측의 표면]에 진동 소자(14)의 한쪽 주면이 전체적으로 고정되어 있다. 즉, 제 1 접합 부재(13)를 통해서 진동판(12)과 진동 소자(14)가 접합되어 있다.
점착층(131a, 131b)은 점탄성체로 구성되어 있고, 그 두께는 예를 들면 10∼30㎛ 정도로 설정된다. 점착층(131a, 131b)을 구성하는 점탄성체로서는, 예를 들면 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 고무계 등의 고분자 재료를 이용하여 형성된 기지의 점탄성체를 적당하게 사용할 수 있다.
기부층(132)은 점착층(131a, 131b)보다 높은 강성을 갖고 있고, 그 두께는 예를 들면 50∼200㎛ 정도로 설정된다. 기부층(132)은 점착층(131a, 131b)을 구성하는 점탄성체 및 부직포에 의하여 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 점착층(131a, 131b)을 구성하는 점탄성체가 함침된 부직포[점착층(131a, 131b)을 구성하는 점탄성체가 부직포의 섬유 사이에 들어간 것]에 의해 기부층(132)을 구성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 두께 방향의 전체에 걸쳐서 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 제 1 접합 부재(13), 즉 진동 소자(14)측의 표면과 진동판(12)측의 표면 사이의 어느 단면에 있어서도 점탄성체가 존재하고 있는 제 1 접합 부재(13)로 할 수 있다. 또한, 부직포에 사용하는 섬유로서는 천연 섬유, 화학 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유 등을 예시할 수 있다. 또한, 기부층(132)은 예를 들면 수지를 이용하여 형성해도 좋다. 이 수지로서는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 우레탄, 아크릴 등을 예시할 수 있다. 또한, 이들 수지로 이루어지는 발포체라도 상관없다.
진동 소자(14)는 판 형상이며, 제 1 접합 부재(13)의 다른쪽 주면에 한쪽 주면이 전체적으로 고정되어 있다. 또한, 진동 소자(14)는 분극된 복수층의 압전체층과 복수의 전극층이 적층되어서 형성된 적층체이며, 전극층과 압전체층이 교대로 배치되어 있다. 따라서, 진동 소자(14)는 복수의 압전체층 및 전극층의 적층 방향에 있어서의 한쪽의 끝면이 전체적으로 제 1 접합 부재(13)의 다른쪽 주면에 고정되어 있다. 즉, 진동 소자(14)는 복수의 압전체층의 적층 방향에 있어서의 한쪽의 끝면(주면)이 제 1 접합 부재(13)를 통해서 진동판(12)의 한쪽 주면에 전체적으로 접합되어 있다.
또한, 진동 소자(14)는 어떤 순간에 가해지는 전계의 방향에 대한 분극의 방향이 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 한쪽 절반과 다른쪽 절반으로 역전되도록 되어 있다. 즉, 예를 들면 전기 신호가 가해져서 어떤 순간에 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 한쪽 절반이 진동 소자(14)의 길이 방향에 있어서 연신될 때에는 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 다른쪽 절반이 진동 소자(14)의 길이 방향에 있어서 수축되도록 되어 있다. 이에 따라, 진동 소자(14)는 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동할 수 있다. 이렇게, 진동 소자(14)는 바이모르프 구조를 갖는 압전체(압전 바이모르프 소자)로 구성되어 있다.
또한, 진동 소자(14)는 한쪽 주면 및 다른쪽 주면이 굴곡되도록 굴곡 진동한다. 따라서, 제 1 접합 부재(13)는 진동 소자(14)의 굴곡되는 표면인 제 1 표면(한쪽 주면)과 진동판(12)의 한쪽 주면 사이에 개재되어서 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 전면이 고정(접합)된 상태와, 대략 전면이 고정(접합)된 상태를 포함하는 것이다. 또한, 제 1 접합 부재(13)의 두께는 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 커지도록 설정됨과 아울러 지나치게 두꺼워져서 진동이 지나치게 감쇠되지 않도록 설정되어 있고, 예를 들면 0.1㎜∼0.6㎜ 정도로 설정된다.
진동 소자(14)는, 예를 들면 길이가 15㎜∼40㎜, 폭이 2㎜∼5㎜, 두께가 0.3㎜∼1.0㎜ 정도의 직육면체상의 형상을 갖고 있다. 진동 소자(14)를 구성하는 압전체층은, 예를 들면 지르콘산납(PZ), 티탄산 지르콘산납(PZT), Bi층상 화합물, 텅스텐 브론즈 구조 화합물 등의 비납계 압전체 재료 등을 적합하게 사용해서 형성할 수 있지만, 다른 압전 재료를 이용해도 상관없다. 압전체층의 1층의 두께는 저전압으로 구동시키기 위해서, 예를 들면 0.01∼0.1㎜ 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 큰 굴곡 진동을 얻기 위해서 200pm/V 이상의 압전정수 d31을 갖는 것이 바람직하다. 진동 소자(14)를 구성하는 전극층은, 예를 들면 은이나 은과 팔라듐의 합금 등의 금속 성분에 추가하여, 세라믹 성분이나 유리 성분을 함유시킨 것을 적합하게 사용해서 형성할 수 있지만, 다른 기지의 금속 재료를 이용하여 형성해도 상관없다.
이러한 진동 소자(14)는, 예를 들면 다음과 같은 방법에 의해 제작할 수 있다. 우선, 압전 재료의 분말에 바인더, 분산제, 가소제, 용제를 첨가하고 교반해서 슬러리를 제작하고, 얻어진 슬러리를 시트 형상으로 성형하여 그린 시트를 제작한다. 이어서, 그린 시트에 도체 페이스트를 인쇄해서 전극층 패턴을 형성하고, 이 전극층 패턴이 형성된 그린 시트를 적층해서 적층 성형체를 제작한 후에 탈지, 소성하여 소정 치수로 커팅함으로써 적층체를 얻는다. 이어서, 표면 전극을 형성하기 위한 도체 페이스트를 인쇄하고, 소정의 온도에서 베이킹한 후에 전극층을 통해서 직류 전압을 인가하여 압전체층의 분극을 행한다. 이렇게 하여, 진동 소자(14)를 얻을 수 있다.
제 2 접합 부재(16)는 필름상의 형상을 갖고 있고, 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 큰 두께를 갖고 있다. 또한, 제 2 접합 부재(16)는 진동판(12)보다 부드럽고 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있고, 진동판(12)보다 영률, 강성률, 체적 탄성률 등의 탄성률이나 강성이 작다. 즉, 제 2 접합 부재(16)는 변형 가능하고, 같은 힘이 가해졌을 때에 진동판(12)보다 크게 변형된다.
도 5는 제 2 접합 부재(16)의 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 5에 있어서는 형상을 알기 쉽게 하기 위해서 두께 방향의 치수를 확대하여 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 접합 부재(16)는 2층의 점착층(161a, 161b)과, 이들 사이에 배치된 기부층(162)으로 이루어지는 3층 구조를 갖고 있다.
그리고, 제 2 접합 부재(16)의 한쪽 주면[점착층(161a)측의 표면]이 전체적으로 진동판(12)의 한쪽 주면의 둘레 가장자리부에 고정되어 있음과 아울러, 다른쪽 주면[점착층(161b)측의 표면]이 전체적으로 지지체(11)[하우징(19)]에 고정되어 있다. 즉, 제 2 접합 부재(16)를 통해서 진동판(12)과 지지체(11)[하우징(19)]가 접합되어 있다.
점착층(161a, 161b)은 점탄성체로 구성되어 있고, 그 두께는 예를 들면 10∼30㎛ 정도로 설정된다. 기부층(162)은 점착층(161a, 161b)보다 높은 강성을 갖고 있고, 그 두께는 예를 들면 50∼200㎛ 정도로 설정된다. 또한, 제 2 접합 부재(16)의 두께는 지나치게 두꺼워져서 진동이 지나치게 감쇠되지 않도록 설정되어 있다. 즉, 제 2 접합 부재(16)는 지지체(11)[하우징(19)]에 진동판(12)의 진동을 전달 가능하게 형성되어 있다. 또한, 점착층(161a, 161b)은 상술한 점착층(131a, 131b)과 마찬가지의 것을 이용하여 구성할 수 있다. 기부층(162)은 상술한 기부층(132)과 마찬가지의 것을 이용하여 구성할 수 있다.
전자 회로(도시하지 않음)로서는, 예를 들면 디스플레이(18)에 표시시키는 화상 정보나 압전 진동 장치에 의해 전달하는 음성 정보를 처리하는 회로나, 통신 회로 등을 예시할 수 있다. 이들 회로 중 적어도 1개라도 좋고, 모든 회로가 포함되어 있어도 상관없다. 또한, 다른 기능을 갖는 회로라도 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 6(a)∼도 6(c)는 본 예의 압전 진동 장치에 있어서의 진동의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 6(a)∼도 6(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 판 형상의 진동 소자(14)의 한쪽 주면이, 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 제 1 접합 부재(13)를 통해서 진동판(12)에 접합되어 있다. 따라서, 전기 신호가 가해져서 진동 소자(14)가 굴곡 진동하면 제 1 접합 부재(13)는 자신이 탄성 변형됨으로써 진동 소자(14)의 진동을 허용하면서 진동 소자(14)의 진동을 진동판(12)에 전달한다. 이렇게 하여, 본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호를 가함으로써 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다. 즉, 본 예의 압전 진동 장치는 종래의 압전 진동 장치에 비해서 박형화하는 것이 가능함과 아울러, 진동판(12)의 한쪽 주면에만 진동 소자(14)가 부착되어 있음에도 불구하고 강한 진동을 발생시킬 수 있다.
예를 들면, 도 6(a)에 나타내는 상태에서는 진동 소자(14)는 도면 중의 상측으로 볼록하게 휘어져 있고, 진동판(12)은 위로 볼록하게 휘어져 있지만 휨량은 진동 소자(14)보다 작게 되어 있다. 즉, 진동 소자(14)와 진동판(12)의 간격이 중앙부에서 작아지고 주변부에서 커지도록 제 1 접합 부재(13)가 변형되어 있다.
또한, 도 6(c)에 나타내는 상태에서는 진동 소자(14)는 도면 중의 하측으로 볼록하게 휘어져 있고, 진동판(12)은 아래로 볼록하게 휘어져 있지만 휨량은 진동 소자(14)보다 작게 되어 있다. 즉, 진동 소자(14)와 진동판(12)의 간격이 중앙부에서 커지고 주변부에서 작아지도록 제 1 접합 부재(13)가 변형되어 있다.
이와 같이, 전기 신호가 가해져서 진동 소자(14)와 진동판(12)이 제 1 접합 부재(13)를 통해서 대향하는 영역 내의 중앙부와 주변부에 있어서의 진동 소자(14)와 진동판(12) 사이의 간격의 대소 관계가 주기적으로 역전되도록 진동 소자(14) 및 진동판(12)이 진동한다. 이에 따라, 진동 소자(14)의 진동을 방해하는 정도가 작아져서 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
즉, 본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호가 가해져서 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 통해서 서로 대향하는 영역에 있어서 진동판(12)이 진동 소자(14)보다 작은 진폭으로 진동한다. 이에 따라, 진동 소자(14)의 진동의 방해를 저감시켜서 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
또한, 진동판(12) 및 진동 소자(14)의 진폭은 레이저 도플러 진동계를 이용하여 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 가부시키가이샤 오노소키 제의 LV-1710을 사용할 수 있다. 그리고, 이것에 FET 애널라이저를 접속하고 퍼스널 컴퓨터의 화면에 표시되는 진폭의 값을 판독함으로써 진폭을 알 수 있다. FET 애널라이저로서는, 예를 들면 가부시키가이샤 오노소키 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 크기 때문에, 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 부드럽고 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있고, 진동판(12)보다 영률, 강성률, 체적 탄성률 등의 탄성률이나 강성이 작다. 즉, 제 1 접합 부재(13)는 변형 가능하고, 같은 힘이 가해졌을 때에 진동판(12)보다 크게 변형된다. 이에 따라, 진동 소자(14)의 진동의 방해를 저감시켜서 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 방해받게 되는 문제가 발생한다. 이 문제가 발생하는 원인은 명확하게 특정할 수 없지만, 다음과 같이 추측할 수 있다. 즉, 예를 들면 도 6(c)에 나타내는 바와 같이 진동 소자(14)가 아래로 볼록하게 변형될 경우, 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 상측 절반[진동판(12)측]은 길이 방향에 있어서 수축한다. 그러면, 진동 소자(14)의 두께 방향에 있어서의 상측 절반[진동판(12)측]에 접합되어 있는 진동판(12)은 위로 볼록하게 변형되려고 한다. 따라서, 진동 소자(14)가 절곡되려고 하는 방향과 진동판(12)이 절곡되려고 하는 방향이 반대가 되기 때문에, 이것에 의해 발생하는 응력에 의해 진동 소자(14)의 진동이 방해받게 되어서 진동판(12)의 진동도 약해지는 것이다. 본 예의 압전 진동 장치에서는 제 1 접합 부재(13)는 진동판(12)보다 부드럽고 변형되기 쉬운 것으로 형성되어 있기 때문에, 진동 소자(14)의 진동의 방해를 저감시켜서 진동판(12)을 강하게 진동시킬 수 있다.
본 예의 압전 진동 장치는 전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자(14)의 한쪽 주면이, 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 제 1 접합 부재(13)를 통해서 진동판(12)의 한쪽 주면에 접합되어 있다. 이러한 구성을 구비하는 본 예의 압전 진동 장치는 빠른 동작에 대해서는 탄성이 강해지고 느린 동작에 대해서는 점성이 강해지는 점탄성체의 성질에 의해, 진동판(12) 및 진동 소자(14)와 제 1 접합 부재(13) 사이에 작용하는 열응력(온도 변화에 의해 열팽창계수가 다른 2개의 물체 사이에 작용하는 응력)을 점탄성체의 변형에 의해 완화할 수 있음과 아울러, 매우 짧은 시간으로 변위 방향이 역전되는 진동 소자(14)의 진동은 감쇠시키지 않고 진동판(12)에 전달할 수 있다. 이에 따라, 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
또한, 진동 소자(14)의 주면이 전체적으로 제 1 접합 부재(13)의 주면에 고정되어 있고, 제 1 접합 부재(13)의 주면이 전체적으로 진동판(12)에 고정되어 있기 때문에, 충격을 받았을 때에 진동판(12) 및 진동 소자(14)와 제 1 접합 부재(13) 사이에 작용하는 응력이 좁은 영역에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 더욱 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치는 제 1 접합 부재(13)가 기부층(132)과 점탄성체로 구성된 점착층(131a, 131b)을 갖고 있다. 이 구성에 의해, 기부층(132)에 의해 두께를 확보함으로써 제 1 접합 부재(13)의 두께를 용이하게 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 두껍게 할 수 있다. 또한, 점착층(131a, 131b)의 변형에 의해 열응력 등을 완화할 수 있음과 아울러, 점착층(131a, 131b)의 탄성 변형에 의해 진동 소자(14)의 진동을 방해하지 않고 진동 소자(14)의 진동을 진동판(12)에 전달해서 강한 진동을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 얻을 수 있다. 또한, 기부층(132)의 두께를 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 두껍게 함으로써 제 1 접합 부재(13)의 두께를 진동 소자(14)의 굴곡 진동의 진폭보다 확실하게 크게 할 수 있다. 또한, 기부층(132)의 강성을 점착층(131a, 131b)의 강성보다 높게 함으로써 기부층(132)에 의해 제 1 접합 부재(13)의 형상 치수를 용이하게 유지할 수 있다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치는 제 1 접합 부재(13)가 2층의 점착층(131a, 131b)과 이들 사이에 배치된 기부층(132)으로 이루어지는 3층 구조를 갖고 있다. 그리고, 점착층(131a)의 표면이 진동판(12)에 접합되어 있음과 아울러 점착층(131b)의 표면이 진동 소자(14)에 접합되어 있다. 이 구성에 의해, 진동판(12)과 제 1 접합 부재(13) 사이에 작용하는 열응력과, 진동 소자(14)와 제 1 접합 부재(13) 사이에 작용하는 열응력의 양쪽 모두 확실하게 완화할 수 있다. 이에 따라, 더욱 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치에 있어서 기부층(132)은 부직포와 점착재로 구성된 것, 보다 상세하게는 부직포의 섬유 사이에 점착재(점탄성체)가 들어간 것[부직포의 섬유 사이에 점착재(점탄성체)가 존재하는 것]인 것이 바람직하다. 그리고, 기부층(132)의 두께 방향[2층의 점착층(131a, 131b)의 한쪽에서 다른쪽으로 향하는 방향]의 전체에 걸쳐서 적어도 일부가 점착재(점탄성체)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 접합 부재(13)의 두께 방향[2층의 점착층(131a, 131b)]의 한쪽에서 다른쪽으로 향하는 방향, 즉 진동 소자(14) 및 진동판(12)의 한쪽에서 다른쪽으로 향하는 방향]의 전체에 걸쳐서 적어도 일부가 점탄성체로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 접합 부재(13)의 진동 소자(14)측의 표면과 진동판(12)측의 표면 사이의 어느 단면에 있어서도 점탄성체가 존재하고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 진동판(12), 진동 소자(14) 사이에 작용하는 열응력을 완화하는 효과와 진동 소자(14)의 진동을 진동판(12)에 전달하는 효과의 양쪽을 높일 수 있다.
또한, 진동 소자(14)가 단독으로 굴곡 진동하는 것인 것이 중요하다. 이에 따라, 진동 소자(14)가 신축 진동할 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. 이에 따라, 제 1 접합 부재(13)에 의한 진동의 감쇠를 저감시킬 수 있다. 또한, 점착층(131a, 131b)의 두께를 동일하게 하여 진동 소자(14), 진동판(12) 및 제 1 접합 부재(13)로 구성되는 복합체의 진동 방향의 중앙부에 기부층(132)이 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 기부층(132)(그것을 구성하는 부직포)에 의한 진동의 감쇠를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 예의 압전 진동 장치는 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 진동을 전달 가능한 제 2 접합 부재(16)를 통해서 진동판(12)이 지지체(11)에 고정되어 있다. 이에 따라, 진동판(12), 지지체(11)와 제 2 접합 부재(16) 사이의 열응력을 점탄성체에 의해 완화하면서 진동판(12)의 진동을 지지체(11)에 전달할 수 있다. 이에 따라, 열응력에 의한 진동판(12)이나 지지체(11)의 파손의 발생이 저감된 진동 소자(14)와 진동판(12)과 지지체(11)가 함께 진동하는 압전 진동 장치를 얻을 수 있다. 이에 따라, 진동하는 물체의 질량이 크고 진동 에너지가 크기 때문에 진동판(12)을 다른 것에 접촉시켰을 경우에도 진동의 감쇠가 작은, 강한 진동을 발생시키는 것이 가능한 압전 진동 장치, 즉 진동판(12)을 직접 또는 간접적으로 귀에 접촉시켜서 귀의 연골에 진동을 전달함으로써 음성 정보를 전달하는 것에 최적인 압전 진동 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 예의 휴대단말은 압전 진동 장치에 추가하여 전자 회로(도시하지 않음)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 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 파손되기 어려운 압전 진동 장치를 갖고 있으므로, 강한 진동을 발생시키는 것이 가능함과 아울러 고장나기 어려운 휴대단말을 얻을 수 있다. 또한, 디스플레이(18)의 커버인 진동판(12)의 표면측에 진동 소자(14)를 부착하는 것이 불필요하기 때문에 외관이 좋은 휴대단말을 얻을 수 있다.
또한, 본 예의 휴대단말은 진동판(12) 또는 하우징(19)을 직접 또는 다른 것을 통하여 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. 이에 따라, 예를 들면 주위가 떠들썩할 때에 있어서도 음성 정보를 전달하는 것이 가능한 휴대단말을 얻을 수 있다. 또한, 진동판(12) 또는 하우징(19)과 귀 사이에 개재되는 것은, 예를 들면 휴대단말의 커버라도 좋고, 헤드폰이나 이어폰이라도 좋다. 진동을 전달 가능한 것이면 어떤 것이라도 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 실시예에 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 구성이라도 상관없다.
또한, 상술한 실시형태의 예에 있어서는 제 1 접합 부재(13)가 점착층(131a, 131b) 및 기부층(132)으로 이루어지고, 제 2 접합 부재(16)가 점착층(161a, 161b) 및 기부층(162)으로 이루어지는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 점탄성체만으로 이루어지는 제 1 접합 부재(13)라도 상관없다. 제 2 접합 부재(16)도 마찬가지이다.
또한, 상술한 실시형태의 예에 있어서는 기부층(132)의 강성이 점착층(131a, 131b)의 강성보다 높고, 기부층(162)의 강성이 점착층(161a, 161b)의 강성보다 높은 예를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 점착층(131a, 131b)의 강성이 충분히 높을 경우에는 기부층(132)의 강성 쪽이 낮아도 상관없다. 마찬가지로 점착층(161a, 161b)의 강성이 충분히 높을 경우에는 기부층(162)의 강성 쪽이 낮아도 상관없다.
또한, 상술한 실시형태의 예에 있어서는 진동 소자(14)가 압전 바이모르프 소자로 구성되어 있는 예를 나타냈지만 이것에 한정되는 것은 아니고, 전기 신호를 가함으로써 단독으로 굴곡 진동하는 기능을 갖고 있는 것이면 좋다. 따라서, 예를 들면 전기 신호가 가해짐으로써 신축 진동하는 압전체에 금속판을 부착한 유니모르프 구조를 갖는 진동 소자(14)라도 상관없다. 또한, 예를 들면 전기 신호가 가해짐으로써 신축 진동하는 압전체와 신축 진동하지 않는 압전체를 부착한 유니모르프 구조를 갖는 진동 소자(14)라도 상관없다.
[실시예]
이어서, 본 발명의 압전 진동 장치의 구체예에 대하여 설명한다. 도 1∼도 3에 나타낸 본 발명의 실시형태의 제 1 예의 압전 진동 장치의 특성을 측정했다.
우선, 휴대전화의 액정 디스플레이 커버 이면의 전자 리시버의 위치에 진동 소자(14)를 부착함으로써 도 1∼도 3에 나타낸 본 발명의 실시형태의 예의 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㎜이고, 폭이 48㎜이며, 두께 0.5㎜의 아크릴 수지였다. 진동 소자(14)는 길이 23.5㎜이고, 폭이 3.3㎜이며, 두께가 0.5㎜의 직육면체 형상으로 했다. 또한, 진동 소자(14)는 두께가 30㎛ 정도의 압전체층과 전극층이 교대로 적층된 구조로 하고, 압전체층의 총 수는 16층으로 했다. 압전체층은 Zr의 일부를 Sb로 치환한 티탄산 지르콘산납(PZT)으로 형성했다. 제 1 접합 부재(13)는 점착층(131a, 131b)이 아크릴계 점착제이며, 기부층(132)이 부직포 및 아크릴계 점착제로 이루어지고, 두께가 0.16㎜인 것을 사용하여 진동 소자(14)의 한쪽 주면의 전면에 부착했다. 제 2 접합 부재(16)로서는 점착층(161a, 161b)이 아크릴계 점착제이며, 기부층(162)이 발포체인 것을 사용했다. 하우징(19)[지지체(11)]은 합성 수지제였다.
그리고, 제작한 압전 진동 장치의 음압의 주파수 특성을 평가했다. 평가시에는 진동판(12) 상에 동 면적으로 두께 2㎜의 실리콘 고무를 두고, 실리콘 고무의 상면에 있어서의 진동 소자(14)의 바로 위 위치에 마이크를 압박하여 설치했다. 그리고, 진동 소자(14)에 실효가 3.0V의 정현파 신호를 입력하고, 마이크에서 검출되는 음압을 평가했다. 그 평가 결과를 도 7에 나타낸다. 또한, 도 7의 그래프에 있어서 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 음압을 나타낸다. 도 7에 나타내는 그래프에 의하면, 넓은 주파수파에 있어서 40㏈을 초과하는 높은 음압이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 유효성을 확인할 수 있었다.
11 : 지지체 12 : 진동판
13 : 제 1 접합 부재 131a, 131b, 161a, 161b : 점착층
132, 162 : 기부층 14 : 진동 소자
16 : 제 2 접합 부재 18 : 디스플레이
19 : 하우징

Claims (9)

  1. 지지체와,
    상기 지지체에 진동 가능하게 부착된 진동판과,
    전기 신호가 가해짐으로써 단독으로 굴곡 진동하는 것이 가능한 진동 소자와,
    상기 진동 소자의 굴곡하는 표면인 제 1 표면과 상기 진동판의 한쪽 주면 사이에 개재되어서 상기 진동 소자의 상기 제 1 표면과 상기 진동판의 상기 한쪽 주면을 접합하는, 적어도 일부가 점탄성체로 구성된 변형 가능한 제 1 접합 부재를 적어도 갖고 있는 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,
    상기 제 1 접합 부재는 기부층과, 상기 점탄성체로 구성된 점착층을 적어도 갖고 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 접합 부재는 2층의 상기 점착층과, 상기 2층의 점착층 사이에 배치된 상기 기부층으로 이루어지는 3층 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 기부층은 부직포와, 상기 부직포의 섬유 사이에 들어간 상기 점탄성체 로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 접합 부재는 상기 진동 소자측의 표면과 상기 진동판측의 표면 사이의 어느 단면에 있어서나 상기 점탄성체가 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일부가 점탄성체로 구성된 제 2 접합 부재를 통해서 상기 진동판이 상기 지지체에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 장치.
  8. 전자 회로와, 디스플레이와, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 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, 또는 상기 하우징의 적어도 일부가 상기 지지체인 것을 특징으로 하는 휴대단말.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 진동판 또는 상기 하우징을 직접 또는 다른 것을 통해서 귀에 접촉시켜서 음성 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 휴대단말.
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