KR20240007931A - SoT 모듈 - Google Patents

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미치히로 야기
시노부 나카무라
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가부시키가이샤 미치히로
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Abstract

중저음역에서 충분한 음압이 얻어져, 다양한 용도에 적용할 수 있는 SoT 모듈(100)을 제공한다. SoT 모듈(100)은, 교류 전압의 인가에 의해 굴곡 진동을 발생시키는 평판상의 압전 복합체(105)와, 일단이 압전 복합체(105)의 주면에 접착되어, 압전 복합체(105)의 진동을 전달하는 탄성체(120a, 120b)와, 탄성체(120a, 120b)의 타단에 주면이 접착된 진동판(130)을 구비하고, 압전 복합체(105)는, 직사각형 평판으로 형성된 압전 소자(110a, 110b)를 포함하고, 복수의 탄성체(120a, 120b) 사이에, 압전 복합체(105)의 무게 중심 위치가 있다.

Description

SoT 모듈
본 발명은, 직사각형 평판으로 형성된 압전 소자를 구비하는 SoT 모듈에 관한 것이다.
음향 분야에서는, 일반적으로 코일에 의한 다이나믹 스피커가 사용된다. 다이나믹 스피커는, 저음역이라도 충분한 음압을 발생시킬 수 있지만, 그 중량이나 용적이 커지고, 소비 전력도 크기 때문에, 용도가 한정된다. 한편, 압전 소자를 사용한 압전 스피커의 응용이 진행되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 압전 스피커는, 부피가 크지 않고, 중량도 작고, 소비 전력도 작기 때문에, 다이나믹 스피커의 적용이 어려운 용도에도 사용할 수 있다.
일본 특허 제3798678호 공보
그러나, 압전 스피커에서는, 중저음역에서 충분한 음압이 얻어지기 어렵다. 그 결과, 전체적으로 음압도 작아지는 경우가 많다. 이 약점을 극복할 수 있으면, 압전 모듈은, 텔레비전 프로그램, 영화, 음악 등을 감상하는 스피커에 그치지 않고, 다양한 용도에 응용할 수 있다. 중저음역에서 충분한 음압이 얻어지는 압전 모듈은, 구멍이나 공동과 같은 음향 구조를 갖지 않는 것이라도 진동판만 있으면, 스피커나 노이즈 캔슬러로서 이용 가능하다.
이와 같은 압전 모듈은, 종래의 압전 모듈과는 전혀 다른 가능성을 갖고 있어, SoT(Sound of Things) 모듈이라 칭해야 할 것이다(이하, 특정 음역의 음압을 향상시킬 수 있는 압전 모듈을 SoT 모듈이라 칭한다).
상기와 같은 사정으로부터, 본 발명의 발명자들은, 중저음역에서도 충분한 음압이 얻어지는 압전 모듈의 개발에 있어서 시행 착오를 계속해 왔다. 예를 들어, 도 25에 도시한 압전 모듈(2100)에서는, 진동판(2130) 상에, 중앙부가 탄성체(2120)에 의해 지지된 압전 소자(2110)가 마련되어 있다. 이와 같은 압전 모듈(2100)의 탄성체(2120)나 진동판(2130)의 재료로서, 다양한 재료가 시험되었다.
또한, 복수의 압전 소자를 마련함으로써 음압을 크게 하는 시도도 이루어져 왔다. 도 26에 도시한 압전 모듈(3100)에서는, 중앙부가 탄성체(3120a, 3120b)에 의해 지지된 2개의 압전 소자(3110a, 3110b)를 병렬로 마련함으로써 음압을 증대시키고 있다. 그러나, 이와 같이 개량된 압전 모듈(3100)이라도, 중저음역에서 충분한 음압은 얻어지지 않았다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 중저음역에서 충분한 음압이 얻어져, 다양한 용도에 적용할 수 있는 SoT 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, SoT 모듈은, 교류 전압의 인가에 의해 굴곡 진동을 발생시키는 평판상의 압전 복합체와, 일단이 상기 압전 복합체의 주면에 접착되어, 상기 압전 복합체의 진동을 전달하는 복수의 탄성체와, 상기 탄성체의 타단에 주면이 접착된 진동판을 구비하고, 상기 압전 복합체는, 직사각형 평판으로 형성된 압전 소자를 포함하고, 복수의 상기 탄성체 사이에, 상기 압전 복합체의 무게 중심 위치가 있다. 이에 의해, 모듈 전체의 스티프니스를 작게 하여, 진동판의 변위 폭을 크게 할 수 있다. 그 결과, 중저음역에서 충분한 음압이 얻어져, 다양한 용도에 적용할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 2는 압전 소자의 구성 및 동작의 일 예를 도시하는 단면도이다.
도 3은 제2 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 4의 (a), (b)는 각각 제3 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 5의 (a), (b)는 각각 제4 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 6의 (a), (b)는 각각 제5 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 7은 제6 실시 형태에 관한 SoT 모듈의 구성 및 동작 예(동상(同相))를 도시하는 개략도이다.
도 8은 제6 실시 형태에 관한 SoT 모듈의 구성 및 동작 예(역상(逆相))를 도시하는 개략도이다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 각각 제7 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도, 측면도 및 그 동작 예를 도시하는 개략도이다.
도 10의 (a), (b)는 각각 제8 실시 형태 및 제9 실시 형태에 관한 SoT 모듈의 사시도이다.
도 11의 (a), (b)는 각각 제10 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 12의 (a), (b)는 각각 제11 실시 형태 및 제12 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 13의 (a), (b)는 각각 제12 실시 형태의 SoT 모듈을 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 14의 (a), (b)는 각각 제13 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 15의 (a), (b)는 각각 제14 실시 형태 및 제15 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 16은 제16 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 17의 (a) 내지 (c)는 각각 제17 실시 형태 내지 제19 실시 형태에 관한 SoT 모듈을 도시하는 평면도이다.
도 18의 (a), (b)는 각각 탄성체의 위치가 다른 시험용의 압전 모듈을 도시하는 측면도 및 그 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 19의 (a), (b)는 각각 탄성체의 형상이 다른 시험용의 압전 모듈을 도시하는 측면도 및 그 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 각 실시예에 대하여 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 21은 각 실시예에 대하여 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 22는 각 실시예에 대하여 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 각 실시예에 대하여 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 24는 실시예 E13에 대하여 동상 및 역상으로 구동하였을 때의 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 25는 종래의 압전 모듈을 도시하는 사시도이다.
도 26은 종래의 압전 모듈을 도시하는 사시도이다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시 형태(병렬형)]
(SoT 모듈의 구성)
도 1은 SoT 모듈(100)을 도시하는 사시도이다. SoT 모듈(100)은, 압전 소자(110a, 110b), 탄성체(120a, 120b) 및 진동판(130)으로 구성되어 있다. 압전 소자(110a, 110b)는, 각각이 굴곡형으로 직사각형 평판으로 형성되며, 교류 전압의 인가에 의해 굴곡 진동을 발생시킨다.
압전 소자(110a, 110b)는, 병렬로 배치되어 있고, 그것들은 연결되어 있지 않다. 탄성체(120a, 120b) 사이에, 각각 압전 소자(110a, 110b)의 무게 중심 위치가 있다. 그 결과, 중저음역에서 충분한 음압이 얻어져, SoT 모듈(100)을 다양한 용도에 적용할 수 있다. 압전 소자(110a, 110b)는, 각각 압전 복합체를 구성하고 있다.
(1) 압전 소자
도 2는 압전 소자(110)의 구성 및 동작의 일 예를 도시하는 단면도이다. 압전 소자(110)는, 압전 소자(110a, 110b)의 구성의 일 예이다. 압전 소자(110)는, 압전체(111, 112), 전극(113, 114), 심 플레이트(115)를 구비하고 있다. 심 플레이트(115)는, 금속제이며, 전극의 기능도 갖고 있다.
압전체(111, 112)는, 압전 세라믹스 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 압전 재료에는, 예를 들어 티타늄산지르코늄산염(Pb(Ti, Zr)O3, 소위 PZT), 티타늄산바륨(BaTiO3)이 사용된다. 모두 강유전체이며, 효율의 면에서는 PZT가 바람직하지만, 납 프리의 관점에서는 티타늄산바륨이 바람직하다. 압전체(111, 112)는, 압전 폴리머로 형성되어 있어도 된다. 압전 폴리머에는, 폴리불화비닐리덴 및 그 공중합체, 폴리락트산, 폴리시안화 비닐리덴, 폴리요소 및 홀수 나일론을 들 수 있다.
압전체(111)는, 전극(113)으로부터 심 플레이트(115)의 방향으로 분극 처리되어 있고, 압전체(112)는, 심 플레이트(115)로부터 전극(114)의 방향으로 분극 처리되어 있다. 전극(113, 114)에 한쪽의 전극이 접속되고, 심 플레이트(115)에 다른 쪽의 전극이 접속되어 있다. 이 구성에서, 전원 P1에 의해 교류 전압을 압전체(111, 112)에 인가하면, 역압전 효과에 의해 표면에 평행인 방향을 따라서 한쪽이 수축되면 다른 쪽이 신장하여, 도 2에 도시한 화살표 S1, S2의 움직임을 반복함으로써 굴곡 진동한다.
상기 압전 소자(110)는, 각 압전체(111, 112)의 분극 방향이 동일한 패럴렐형의 바이모르프 구조를 갖고 있지만, 분극 방향이 다른 시리즈형의 바이모르프 구조여도 된다. 또한, 중앙의 심 플레이트에 절연체를 사용해도 된다. 압전 소자(110)는, 바이모르프 구조를 갖는 것이 바람직하지만, 유니몰프 구조를 갖고 있어도 된다. 또한, 압전 소자(110)에는, 단판의 압전체 대신에 압전 적층체를 사용해도 된다. 그 경우에는 외부 전극을 사용해도 되고 비아 구조로 전극을 형성해도 된다. 또한, 압전 소자(110)는, 압전체층과 전극이 적층됨으로써 형성되고, 적층 방향으로 신축하는 신축형 압전 소자여도 된다.
(2) 탄성체
탄성체(120a, 120b)는, 일단이 압전 소자(110a, 110b)의 주면에 접착되고, 타단이 진동판(130)의 주면에 접착되어 있다. 접착에는, 예를 들어 에폭시계, 아크릴계, 또는 우레탄계의 접착제를 사용할 수 있다(이하, 어느 접착도 마찬가지임). 탄성체(120a, 120b)는, 우레탄 등의 수지로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 탄성체(120a, 120b)의 탄성률은, 70㎫ 이상 690㎫ 이하인 것이 바람직하다. 탄성체(120a, 120b)에 의해 압전 소자(110a, 110b)의 변위가 진동판(130)에 전달된다.
탄성체(120a, 120b) 사이에, 압전 소자(110a, 110b)의 무게 중심 위치가 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, SoT 모듈(100) 전체의 스티프니스를 작게 할 수 있어, 고유 주파수를 작게 설정한 압전 소자(110a, 110b)에 발생하는 중음역의 피크 딥을 해소할 수 있다. 탄성체(120a, 120b)는, 특히 압전 소자(110a, 110b)의 각각의 단부에 접착되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 압전 소자(110a, 110b)는, 각각 중앙부, 2개의 중간부, 2개의 단부의 영역을 나눌 수 있다.
탄성체(120a, 120b)는, 도 1에 도시한 바와 같이 직사각 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 원기둥상 또는 타원기둥상으로 형성되어 있어도 된다. 탄성체(120a, 120b)는, 접착되는 압전 소자(110a, 110b)에 대하여 대칭적인 형상 및 배치인 것이 바람직하다.
(3) 진동판
진동판(130)은, 평판상으로 형성되며, 탄성체(120a, 120b)에 접착되어 있다. 진동판(130)의 재료는, 용도에 따라 각각 다르다. 진동판(130)에는, 예를 들어 스티렌 보드를 사용할 수 있다. 또한, TV용 스피커의 진동판(130)으로서 OLED 패널을 사용할 수 있다. 수지제의 진동판(130)이 사용되기 쉽지만, 나무나 섬유 조직을 사용하여 비탄성력을 높인 것이 사용되는 경우도 있다.
진동판(130)은, 탄성체(120a, 120b)를 통해 전달된 변위력에 의해 두께 방향으로 진동하여, 공기를 진동시켜, 음파를 발생시킨다. 압전 소자(110a, 110b)에 부여되는 신호의 주파수와 전류의 강도에 따라, 진동판(130)으로부터 발생하는 소리의 고저, 음압의 대소가 다르게 나타난다. 큰 음압을 만들어 내기 위해서는, 진동판까지 이어지는, 진동 효율의 향상이 유효하다.
(SoT 모듈의 동작)
SoT 모듈(100)의 동작을 설명한다. 앰프에서 증폭된 소리의 전기 신호가 SoT 모듈(100)에 입력됨으로써 압전 복합체(105)가 진동한다. 그리고, 그 진동에 의한 변위가 탄성체(120a, 120b)를 통해 진동판(130)에 전달되어, 진동판(130)이 진동함으로써 전기 신호에 따른 소리가 발생한다.
연결되어 있지 않은 압전 소자(110a, 110b)는, 역상(逆相) 또는 동상(同相)으로 구동되는 것이 바람직하다. 저음역에서의 음압 등, 요구되는 특성에 따라서 진동이 전달하는 경로 전체의 스티프니스와 각 압전 소자를 구동하는 위상의 조합이 결정된다. 또한, 경로 전체의 스티프니스는, 각각의 요소에 의해 결정된다. 예를 들어, 압전 소자(110a, 110b) 및 진동판(130)의 스티프니스가 큰 경우라도, 탄성체(120a, 120b)의 스티프니스가 작은 경우에는, 경로 전체의 스티프니스는 작아지는 경우가 있다.
[제2 실시 형태(단부 연결형)]
(SoT 모듈의 구성)
상기 실시 형태에서는, 독립된 2매의 압전 소자를 병렬로 배치하고 있지만, 병렬로 설치된 압전 소자를 연결 부재로 연결해도 된다. 도 3은 SoT 모듈(200)을 도시하는 사시도이다.
SoT 모듈(200)은, 압전 소자(210a, 210b), 탄성체(220a, 220b), 연결 부재(240a, 240b) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 소자(210a, 210b)는, 각각 압전 소자(110a, 110b)와 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 단, 압전 소자(210a, 210b)는, 진동판(130) 상에 서로 병렬로 마련되어 있고, 서로의 일부가 연결되어, 평판상의 압전 복합체(205)를 구성하고 있다. 이에 의해, 연결 부분을 통해 진동을 증폭시켜, 진동판(130)의 변위 폭을 크게 할 수 있다. 탄성체(220a, 220b)는, 탄성체(120a, 120b)와 마찬가지의 재료 및 배치로 직사각형 판상으로 형성되어 있다.
2매의 연결 부재(240a, 240b)는, 예를 들어 PET와 같은 수지로 평판상으로 형성되어, 각각 압전 소자(210a)의 단부와 압전 소자(210b)의 단부를 연결하고 있다. 연결은, 연결 부재(240a, 240b)의 이면과 압전 소자(210a, 210b)의 표면을 접착함으로써 행해진다. 연결 부재(240a, 240b)는, 서로의 긴 쪽 방향이 교차하지 않도록 배치되고, 서로 평행한 것이 바람직하다. 연결 부재(240a, 240b)의 두께는, 전체의 구성에 따라서 설계되며, 예를 들어 100㎛ 이상 1000㎛ 이하로 설계된다. 압전 소자(210a, 210b) 및 연결 부재(240a, 240b)는, 압전 복합체(205)를 구성하고 있다. 또한, 단면도에 있어서 압전 소자(210a, 210b)의 전극은 생략하였다.
(SoT 모듈의 동작)
압전 소자(210a, 210b)는, 서로 동상 또는 역상으로 구동되도록 배선되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 압전 소자(210a, 210b)를 역상 또는 동상으로 구동하도록 배선하고, 전기 신호를 입력시킨다. 이에 의해, 연결 부재(240a, 240b)를 통해 압전 소자(210a, 210b)의 진동을 증폭할 수 있어, 저음역 내지 중음역의 음압을 향상시킬 수 있다. 요구되는 특성과 진동이 전달하는 경로 전체의 스티프니스의 조합에 따라서 동상 또는 역상 중 어느 쪽인가가 선택될 수 있다.
(1) 역상 구동
예를 들어, 압전 소자(210a, 210b)를 서로 역상으로 구동하도록 배선하고, 전기 신호를 입력시킬 수 있다. 압전 복합체(205)를 상측에, 진동판(130)을 하측에 배치한 SoT 모듈(200)에 대해, 각 압전 소자(210a, 210b)를 역상으로 구동시킨다. 그 경우, 압전 소자(210a)의 중앙부가 하향으로 변위할 때, 압전 소자(210b)의 중앙부는 상향으로 변위한다.
(2) 동상 구동
압전 소자(210a, 210b)를 서로 동상으로 구동하도록 배선하고, 전기 신호를 입력시켜도 된다. 각 압전 소자를 동상으로 구동시키는 경우, 압전 소자(210a)의 중앙부가 하향으로 변위할 때, 압전 소자(210b)의 중앙부도 하향으로 변위한다. 또한, 압전 소자(210a)의 중앙부가 상향으로 변위할 때, 압전 소자(210b)의 중앙부도 상향으로 변위한다.
SoT 모듈(200)은, 저음역의 음압을 크게 하는 구동 방식으로 구동되는 것이 바람직하다. 위치에 대한 압전 복합체(205)의 변위를 곡선으로 나타내고, 반대의 위상에 있어서의 곡선을 겹치면 곡선이 교차하는 위치가 나타난다. 이 위치를 변위점이라 칭하기로 하면, 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(220a, 220b)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 할 수 있다. 이 조절에 의해, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 이와 같이 하여, 예를 들어 저음역에서도 충분한 음압을 얻을 수 있다.
[제3 실시 형태(평판상의 탄성체)]
제2 실시 형태에서는, 직사각형 판상의 탄성체가 압전 소자의 양단부의 위치에만 마련되어 있지만, 진동판 전체에 걸쳐 탄성체가 마련되어 있어도 된다. 그 탄성체는, 균일한 평판상이어도 되고, 후술하는 바와 같이 일정한 패턴으로 형성되어 있어도 된다.
도 4의 (a), (b)는 각각 SoT 모듈(300)을 도시하는 평면도 및 단면도이다. 도 4의 (b)의 단면도는, 도 4의 (a)에 도시한 단면(4b)을 나타내고 있다. SoT 모듈(300)은, 탄성체(320)를 제외하고 SoT 모듈(200)과 마찬가지로 구성되어 있다.
한편, 탄성체(320)는, 진동판(130) 전체에 걸쳐 균일한 평판상으로 형성되어 있다. 이에 의해, 탄성체(320)의 배치가 용이해지기 때문에 제조상의 부담을 경감하면서, 탄성체(320)로 SoT 모듈(300)의 스티프니스를 작게 할 수 있다. 또한, SoT 모듈(300)의 동작은, SoT 모듈(200)의 동작과 마찬가지이다.
[제4 실시 형태(원형 구멍 패턴의 탄성체)]
도 5의 (a), (b)는 각각 SoT 모듈(400)을 도시하는 평면도 및 단면도이다. 도 5의 (b)의 단면도는, 도 5의 (a)에 도시한 단면(5b)을 나타내고 있다. SoT 모듈(400)은, 탄성체(420)를 제외하고 SoT 모듈(300)과 마찬가지로 구성되어 있다.
탄성체(420)는, 진동판(130) 전체 상에 두께 방향으로 수직인 단면에 걸쳐 일정한 패턴 형상을 갖는다. 일정한 패턴 형상은, 복수의 원기둥 구멍이 주기적으로 나열된 형상인 것이 바람직하다. 또한, 직경이 다른 복수 종류의 원기둥 구멍이 마련되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 압전 복합체(205)의 구속이 느슨해져, 변위를 방해하지 않는다. 그 결과, 계 전체의 스티프니스 S값을 낮추어, 진동 전달 경로의 감쇠비를 최적화할 수 있다.
[제5 실시 형태(구상 패턴의 탄성체)]
도 6의 (a), (b)는 각각 SoT 모듈(500)을 도시하는 평면도 및 단면도이다. 도 6의 (b)의 단면도는, 도 6의 (a)에 도시한 단면(6b)을 나타내고 있다. SoT 모듈(500)은, 탄성체(520)를 제외하고 SoT 모듈(300)과 마찬가지로 구성되어 있다.
탄성체(420)는, 진동판(130) 전체에 걸쳐 두께 방향에 수직인 단면 상에서 일정한 패턴 형상을 갖는다. 일정한 패턴 형상은, 복수의 구상의 돌기 또는 원기둥이 주기적으로 나열된 형상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 압전 복합체(205)의 구속이 느슨해져, 변위를 방해하지 않는다. 그 결과, 계 전체의 스티프니스 S값을 낮추어, 진동 전달 경로의 감쇠비를 최적화할 수 있다.
[제6 실시 형태(H형)]
상기 실시 형태에서는 2매의 압전 소자를 사용하고 있지만, SoT 모듈은 3매의 압전 소자를 연결해도 된다. 그 경우, 병렬로 설치된 SoT 모듈의 중앙부끼리를 압전 소자로 연결할 수 있다.
(SoT 모듈의 구성)
도 7 및 도 8은 SoT 모듈(600)의 구성을 도시하는 개략도이다. 도면 중의 화살표는, 화살표의 종류에 따라서 각 압전 소자의 변위를 나타내고 있다(이하 마찬가지임). SoT 모듈(600)은, 압전 소자(610a 내지 610c), 탄성체(620a, 620b) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 3매의 압전 소자(610a 내지 610c)가 H형으로 연결됨으로써 압전 복합체(605)를 구성하고 있다.
압전 소자(610a, 610b)는, 각각 압전 소자(210a, 210b)와 마찬가지로 구성된다. 탄성체(620a, 620b)는, 탄성체(120a, 120b)와 마찬가지의 재료로 형성되며, 마찬가지로 배치된다. 탄성체(620a, 620b)는, 진동판(130) 상에서 각각 압전 소자(610a, 610b)를 지지하고 있으며, 압전 소자(610a, 610b)의 진동을 진동판(130)에 전달한다.
압전 소자(610c)는, 압전 소자(610a)와 마찬가지의 구성을 갖고, 압전 소자(610a, 610b)의 중앙부를 연결하고 있다. 연결은, 압전 소자(610c)의 일단의 이면과 압전 소자(610a, 610b)의 중앙부의 표면이 접착됨으로써, 이루어져 있다.
(SoT 모듈의 동작)
(1) 동상 구동
도 7은 SoT 모듈(600)의 동작 예(동상)를 도시하는 개략도이다. 압전 복합체(605)를 상측에, 진동판(130)을 하측에 배치한 SoT 모듈(600)에 대해, 압전 소자(610a 내지 610c)를 모두 동상으로 구동하도록 배선하고, 전기 신호를 입력시킨다. 그 경우, 도 7에 도시한 화살표대로 변위가 발생하여, 압전 복합체(605) 전체에서 큰 변위를 얻을 수 있다. 각 압전 소자를 서로 동상으로 구동시키는 경우, 압전 소자(610a, 610b)의 중앙부가 상향으로 변위할 때, 압전 소자(610c)의 양단부는 하향으로 변위하고, 중앙부는 상향으로 변위한다.
(2) 역상 구동
압전 소자(610a, 610b)와 압전 소자(610c)를 서로 역상으로 구동하도록 배선하고, 전기 신호를 입력시켜도 된다. 도 8은 SoT 모듈(600)의 동작 예(역상)를 도시하는 개략도이다. 이 경우, 도 8에 도시한 화살표대로 변위가 발생하여, 압전 복합체(605) 전체에서 큰 변위를 얻을 수 있다. 압전 소자(610a, 610b)의 중앙부가 상향으로 변위할 때, 압전 소자(610c)의 양단부는 상향으로 변위하고, 중앙부는 하향으로 변위한다.
반대의 위상에 있어서의 압전 복합체(605)의 변위의 곡선을 겹쳤을 때의 곡선이 교차하는 위치를 변위점이라 칭하기로 하면, 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(620a, 620b)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 할 수 있다. 이 조절에 의해, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 이와 같이 하여 압전 복합체(605)의 변위를 증폭하고, 진동판(130)에 진동을 전달함으로써, 저음역의 음압을 향상시킬 수 있다.
[제7 실시 형태(중앙 연결 루프형)]
상기 실시 형태에서는, 압전 소자의 변위의 증폭 경로에 종단이 있지만, SoT 모듈은 변위를 루프상으로 증폭시키는 구조를 갖고 있어도 된다. 또한, 이하의 예에서는, 효율의 관점에서 4매의 압전 소자를 사용하고 있지만, 3매, 5매 등 그 밖의 매수의 압전 소자를 사용해도 된다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 각각 SoT 모듈(700)을 도시하는 사시도, 측면도 및 그 동작 예를 도시하는 개략도이다. SoT 모듈(700)은, 압전 소자(710a 내지 710d), 탄성체(720a 내지 720d) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 소자(710a 내지 710d)는, 각각 압전 소자(110a)와 마찬가지의 소자 구조를 갖는다. 4매의 압전 소자(710a 내지 710d)가 루프 구조로 연결됨으로써 압전 복합체(705)를 구성하고 있다.
연결은, 예를 들어 압전 소자(710a)의 일단의 이면과 압전 소자(710b)의 중앙부의 표면이 접착됨으로써 행해진다. 도 9의 (a)에 도시한 점선으로 둘러싼 영역은 접착 영역이다. 이와 같은 연결이, 압전 소자(710b, 710c), 압전 소자(710c, 710d) 및 압전 소자(710d, 710a) 중 어느 것의 사이에서도 행해짐으로써 루프 구조가 형성된다. 이에 의해, 포화될 때까지 연결 부재를 통해 루프상으로 압전 소자의 진동을 증폭할 수 있어, 저음역의 음압을 향상시킬 수 있다. 복수의 압전 소자(710a 내지 710d)의 각각의 단부가 연결되는 위치는, 다른 압전 소자의 중앙부이다. 이에 의해, 저음역의 특성을 향상시킬 수 있다.
탄성체(720a 내지 720d)는, 탄성체(120a)와 마찬가지의 재료로 구성되어 있다. 상기와 같이, 압전 소자(710a)의 일단은 다른 압전 소자(710b)의 중앙부에 연결되고, 타단은 탄성체(720a)로 지지되어 있다. 이와 같이, 탄성체(720a 내지 720d)는, 진동판(130) 상에서 각각 압전 소자(710a 내지 710d)의 단부를 지지하고 있고, 압전 소자(710a 내지 710d)의 진동을 진동판(130)에 전달한다. 압전 소자(710a 내지 710d)는, 동상 또는 역상으로 구동되고, 이들 구동 방식은, 진동이 전달되는 경로 전체의 스티프니스 등에 따라서 설정된다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(720a 내지 720d)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다.
[제8 실시 형태(중간 연결 루프형)]
제7 실시 형태에서는, 압전 소자의 일단의 연결처는, 다른 압전 소자의 중앙부이지만, 중앙부와 단부의 중간부여도 된다. 도 10의 (a)는 SoT 모듈(800)의 사시도이다. 연결은, 한쪽의 이면과 다른 쪽의 표면의 접착으로 행해진다. 도 10의 (a)에 도시한 점선으로 둘러싼 영역은 접착 영역이다. SoT 모듈(800)은, 각 압전 소자(810a 내지 810d)의 연결 위치 이외는, SoT 모듈(700)과 마찬가지로 구성되어 있다. 압전 소자(810a 내지 810d)는, 동상 또는 역상으로 구동되고, 이들의 구동 방식은, 진동이 전달되는 경로 전체의 스티프니스 등에 따라서 설정된다. 이에 의해, 중음역의 특성을 향상시킬 수 있다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(820a 내지 820d)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다.
[제9 실시 형태(단부 연결 루프형)]
제7 실시 형태에서는, 압전 소자의 일단의 연결처는, 다른 압전 소자의 중앙부이지만, 단부여도 된다. 도 10의 (b)는 SoT 모듈(900)의 사시도이다. 연결은, 한쪽의 이면과 다른 쪽의 표면의 접착으로 행해진다. 도 10의 (b)에 도시한 점선으로 둘러싼 영역은 접착 영역이다. SoT 모듈(900)은, 각 압전 소자(910a 내지 910d)의 연결 위치 이외는, SoT 모듈(700)과 마찬가지로 구성되어 있다. 압전 소자(910a 내지 910d)는, 동상 또는 역상으로 구동되고, 이들 구동 방식은, 진동이 전달되는 경로 전체의 스티프니스 등에 따라서 설정된다. 이에 의해, 고음역의 특성을 향상시킬 수 있다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(920a 내지 920d)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다.
[그 밖의 연결형의 실시 형태(교차형)]
압전 소자가 서로의 긴 쪽 방향을 교차시켜 연결하여 압전 복합체를 구성하고 있어도 된다. 예를 들어, 압전 소자가, 서로의 긴 쪽 방향을 교차시켜, 중앙부를 겹쳐 배치된다. 그리고, 한쪽의 압전 소자의 중앙부의 이면과 다른 쪽의 압전 소자의 중앙부의 표면이 접착된다. 이에 의해, 진동판의 변위를 증폭하고, 특히 저음역 내지 중음역의 음압을 향상시킬 수 있다. 또한, 교차는 직교 또는 그것과 동등한 효과가 얻어지는 각도로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
[제10 실시 형태(단독 단차형)]
상기 실시 형태에서는, 굴곡형의 압전 소자를 사용하고 있지만, 신축형의 압전 소자를 사용해도 된다. 신축형의 압전 소자로서는, 신축 방향으로 압전체와 전극을 적층한 압전 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 도 11의 (a), (b)는 각각 SoT 모듈(1000)을 도시하는 사시도 및 단면도이다. 도 11의 (b)의 단면도는, 도 11의 (a)의 단면(11b)을 도시하고 있다.
SoT 모듈(1000)은, 압전 소자(1010, 1080), 탄성체(1020) 및 진동판(130)으로 구성되어 있다. 압전 소자(1010, 1080)는, 각각이 신축형의 압전 소자이다. 압전 소자(1010, 1080)는, 압전 세라믹스로 형성되어 분극 처리된 압전체와 전극이 적층됨으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다. 압전 소자(1010, 1080)는, 교류 전압의 인가에 의해 신축 진동을 발생시킨다.
압전 소자(1010, 1080)는, 긴 쪽 방향을 따라서 번갈아 일렬로 배치되어 있고, 단부끼리가 연결됨으로써, 상향과 하향의 단차를 형성하고 있다. 구체적으로는, 단부에 있어서 압전 소자(1010)의 표면과 압전 소자(1080)의 이면이 접착되어 있다. 중앙에 배치된 압전 소자(1080)의 양측에 서로 일부가 겹친 상태로 압전 소자(1010)가 배치되어 있다. 압전 소자(1010, 1080)는, 대칭형의 압전 복합체(1005)를 구성하고 있다.
복수의 압전 소자(1010, 1080)가 단일의 신호의 입력으로 구동되어도 되고(동상 구동), 양측의 압전 소자(1010)에 대하여 중앙의 압전 소자(1080)만 위상을 어긋나게 하여 다른 신호로 구동되어도 된다. 위치에 대한 압전 복합체(1005)의 변위를 곡선으로 나타내고 반대의 위상의 곡선을 겹치면 곡선이 교차하는 변위점이 나타난다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(1020)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 이와 같이 하여, 연결 부분을 통해 변위량을 증폭시킬 수 있다. 압전 소자(1080)만 위상을 어긋나게 하여 구동시키는 경우에는, 양측의 압전 소자(1010)에 대하여 역상 구동을 행하는 것이 바람직하다.
[제11 실시 형태(병렬 단차형)]
도 12의 (a)는 SoT 모듈(1100)을 도시하는 사시도이다. SoT 모듈(1100)은, 압전 복합체(1105a, 1105b), 탄성체(1120a, 1120b) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 복합체(1105a)는, 압전 복합체(1005)와 마찬가지로 구성되며, 압전 소자(1110a, 1180a)를 갖고, 각각의 단부가 일렬로 연결됨으로써 형성되어 있다. 압전 복합체(1105b)도, 압전 소자(1110b, 1180b)가 단부가 연결됨으로써 형성되어 있어, 압전 복합체(1005)와 마찬가지로 구성되어 있다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(1120a, 1120b)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 압전 복합체(1105a, 1105b)가 병렬로 설치되어 있기 때문에 변위량을 증폭시킬 수 있다. 압전 복합체(1105a, 1105b)의 구동은, 압전 복합체(1005)의 구동과 마찬가지로 행할 수 있다.
[제12(1) 실시 형태(교차 단차형)]
도 12의 (b)는 SoT 모듈(1200)을 도시하는 사시도이다. SoT 모듈(1200)은, 압전 복합체(1205), 탄성체(1220a 내지 1220d) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 복합체(1205)는, 중앙의 압전 소자(1280) 및 중앙의 압전 소자(1280)의 에지에 단부가 연결된 주위의 압전 소자(1210a 내지 1210d)를 갖고 있다. 중앙의 압전 소자(1280)는, 주위의 압전 소자(1210a 내지 1210d)보다 크다. 일렬로 연결된 압전 소자(1210a, 1280, 1210c)의 연결 방향과 다른 일렬로 연결된 압전 소자(1210b, 1280, 1210d)의 연결 방향이 중앙에서 직각으로 교차하고 있다.
복수의 압전 소자(1280, 1210a 내지 1210d)는 단일의 신호의 입력으로 구동되어도 되고(동상 구동), 주위의 압전 소자(1210a 내지 1210d)에 대하여 중앙의 압전 소자(1280)만 위상을 어긋나게 하여 다른 신호로 구동되어도 된다. 압전 소자(1280)만 위상을 어긋나게 하여 구동시키는 경우에는, 주위의 압전 소자(1210a 내지 1210d)에 대하여 역상 구동을 행하는 것이 바람직하다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(1220a 내지 1220d)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다.
[제12(2) 실시 형태(교차 단차형)]
중앙의 압전 소자는, 주위의 압전 소자의 진동판 측에 연결되어 있어도 된다. 또한, 각 연결 부분은, 중앙의 압전 소자의 중심을 통과하는 면으로부터 일방측으로 어긋나 있어도 된다. 도 13의 (a), (b)는 SoT 모듈(2200)을 도시하는 평면도 및 단면도이다. 도 13의 (b)의 단면도는, 도 13의 (a)에 도시한 단면(13b)을 나타내고 있다.
SoT 모듈(2200)은, 압전 복합체(2205), 탄성체(2220a 내지 2220d) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 복합체(2205)는, 중앙의 압전 소자(2280) 및 그 에지에 단부가 연결된 주위의 압전 소자(2210a 내지 2210d)를 갖고 있다. 중앙의 압전 소자(2280)의 폭은, 주위의 압전 소자(2210a 내지 2210d)의 폭보다 크다. 중앙의 압전 소자(2280)는, 주위의 압전 소자(2210a 내지 2210d)의 진동판(130) 측에 연결되어 있다. 일렬로 연결된 압전 소자(2210a, 2280, 2210c)의 연결 방향과 다른 일렬로 연결된 압전 소자(2210b, 2280, 2210d)의 연결 방향이 중앙에서 직각으로 교차하고 있다.
각 연결 부분은, 중앙의 압전 소자(2280)의 중심을 통과하는 면으로부터 일방측으로 어긋나 있다. 예를 들어, 면 P1에 대하여 압전 소자(2210d)의 연결 위치는, 압전 소자(2210a) 측으로 어긋나 있고, 압전 소자(2210b)의 연결 위치는, 압전 소자(2210c) 측으로 어긋나 있다. 이와 같이 하여, SoT 모듈(2200)은, 풍차와 같은 형상으로 형성되어 있다.
면 P1은, 압전 복합체(2205)를 균등하게 분할하는 2분면이며, 압전 복합체(2205)는 면 P1로 분할되는 양측의 형상이, 면 P1 상의 1점에 대하여 점대칭이 되도록 형성되어 있다. 즉, 압전 복합체(2205)는, 면 P1로 분할되는 일방측으로부터 타방측을 보았을 때 상하 좌우가 반전된 형상이다. 압전 복합체(2205)는, 면 P1뿐만 아니라 각도에 상관없이 균등하게 분할하는 2분면(예를 들어 면 P2)에 대하여 마찬가지의 대칭성을 갖고 있다.
복수의 압전 소자(2280, 2210a 내지 2210d)는 단일의 신호의 입력으로 구동되어도 되고(동상 구동), 주위의 압전 소자(2210a 내지 2210d)에 대하여 중앙의 압전 소자(2280)만 위상을 어긋나게 하여 상이한 신호로 구동되어도 된다. 압전 소자(2280)만 위상을 어긋나게 하여 구동시키는 경우에는, 주위의 압전 소자(2210a 내지 2210d)에 대하여 역상 구동을 행하는 것이 바람직하다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(2220a 내지 2220d)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 이와 같은 조절은, 상기 대칭성에 의해 용이해진다.
[제13 실시 형태(단독 베이스판형)]
제10 내지 제12 실시 형태에서는, 신축형의 압전 소자의 단부를 접착함으로써 연결되어 있지만, 베이스판을 통해 연결해도 된다. 도 14의 (a), (b)는 각각 SoT 모듈(1300)을 도시하는 사시도 및 단면도이다. 도 14의 (b)의 단면도는, 도 14의 (a)의 단면(13b)을 도시하고 있다.
SoT 모듈(1300)은, 압전 소자(1310, 1390), 탄성체(1320), 베이스판(1360) 및 진동판(130)으로 구성되어 있다. 압전 소자(1310, 1390)는, 각각이 신축형의 압전 소자이다. 압전 소자(1310, 1390)는, 압전 세라믹스로 형성되어 분극 처리된 압전체와 전극이 적층됨으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다. 압전 소자(1310, 1390)는, 교류 전압의 인가에 의해 신축 진동을 발생시킨다.
압전 소자(1310, 1390)는, 직사각형의 베이스판(1360) 상에 그 긴 쪽 방향을 따라서 일렬로 마련되어 있다. 압전 소자(1310, 1390)는, 번갈아 균일한 간격으로 나열되어 있고, 압전 복합체(1305)는 대칭형으로 구성되어 있다. 압전 소자(1310, 1390)는, 대칭형의 압전 복합체(1305)를 구성하고 있다.
복수의 압전 소자(1310, 1390)가 단일의 신호의 입력으로 구동되어도 되고(동상 구동), 양측의 압전 소자(1310)에 대하여 중앙의 압전 소자(1390)만 위상을 어긋나게 하여 다른 신호로 구동되어도 된다. 위치에 대한 압전 복합체(1305)의 변위를 곡선으로 나타내고 반대의 위상의 곡선을 겹치면 곡선이 교차하는 변위점이 나타난다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(1320)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 이와 같이 하여, 연결 부분을 통해 변위량을 증폭시킬 수 있다. 또한, 탄성체(1320)와 진동판(130)을 생략하고, 베이스판(1360)을 진동판으로서 사용하는 경우에도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[제14 실시 형태(병렬 베이스판형)]
도 15의 (a)는 SoT 모듈(1400)을 도시하는 사시도이다. SoT 모듈(1400)은, 압전 복합체(1405a, 1405b), 탄성체(1420a, 1420b) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 복합체(1405a)는, 압전 소자(1410a, 1490a) 및 베이스판(1460a)을 구비하고, 압전 복합체(1305)와 마찬가지로 구성되어 있다. 압전 복합체(1405b)도, 압전 소자(1410b, 1490b) 및 베이스판(1460b)을 구비하고, 압전 복합체(1305)와 마찬가지로 구성되어 있다.
구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(1320)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다. 또한, 압전 복합체(1405a, 1405b)가 병렬로 설치되어 있기 때문에 변위량을 증폭시킬 수 있다. 압전 복합체(1405a, 1405b)의 구동은, 압전 복합체(1305)의 구동과 마찬가지로 행할 수 있다.
[제15 실시 형태(교차 베이스판형)]
도 15의 (b)는 SoT 모듈(1500)을 도시하는 사시도이다. SoT 모듈(1500)은, 압전 복합체(1505), 탄성체(1520a 내지 1520d) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 압전 복합체(1505)는, 압전 소자(1510a 내지 1510d, 1590) 및 베이스판(1560)으로 구성되어 있다. 압전 소자(1510a 내지 1510d, 1590)는, 베이스판(1560) 상에 접착되어 있다.
압전 복합체(1505)에서는, 십자 형상의 베이스판(1560) 상에 중앙의 압전 소자(1590) 및 주위의 압전 소자(1510a 내지 1510d)가 배치되어 있다. 주위의 압전 소자(1510a 내지 1510d)는, 모두 동일한 사이즈로 형성되어 있다. 도 15의 (b)에 도시한 예에서는, 중앙의 압전 소자(1590)의 사이즈는, 주위의 압전 소자(1510a 내지 1510d)의 사이즈와 동일하지만, 다르게 되어 있어도 된다.
압전 소자(1510a 내지 1510d, 1590)가 단일의 신호의 입력으로 구동되어도 되고(동상 구동), 주위의 압전 소자(1510a 내지 1510d)에 대하여 중앙의 압전 소자(1590)만 위상을 어긋나게 하여 다른 신호로 구동되어도 된다. 압전 소자(1590)만 위상을 어긋나게 하여 구동시키는 경우에는, 주위의 압전 소자(1510a 내지 1510d)에 대하여 역상 구동을 행하는 것이 바람직하다. 구동 신호(역상, 동상)를 조절함으로써, 변위점을 탄성체(1520a 내지 1520d)에 접근시키거나 멀리 떨어지게 하거나 함으로써, 특정의 주파수의 음압의 증폭이 가능해진다.
[제16 실시 형태(고열전도율 구조)]
SoT 모듈은, 고열전도율을 갖는 구조로 구성되어 있어도 된다. 도 16은 SoT 모듈(1600)을 도시하는 단면도이다.
SoT 모듈(1600)은, 압전 소자(1610a, 1610b), 베이스판(1660), 탄성체(1620) 및 진동판(130)을 구비하고 있다. 2매의 압전 소자(1610a, 1610b) 및 그것들이 접착된 베이스판(1660)으로 압전 복합체(1605)가 구성되어 있다. 베이스판(1660)은, 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
압전 소자(1610a, 1610b)는, 각각 압전 소자(110a)와 마찬가지의 소자 구조를 갖는다. 탄성체(1620)는, 탄성체(420)와 마찬가지의 재료 및 배치로, 진동판(130) 상에서 베이스판(1660)을 지지하고 있고, 압전 복합체(1605)의 진동을 진동판(130)에 전달한다. 베이스판(1660)에 탄성체(1620)의 일단이 접착되어 있음으로써, 압전 소자(1610a, 1610b)에 모이는 열을 방출할 수 있다.
탄성체(1620)는, 엘라스토머로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 탄성체는, 열전도율이 1×10-4cal·s-1㎝-2 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 탄성체(1620)는 높은 열전도성으로 방열할 수 있다.
[제17 실시 형태(칸막이형 파티션)]
제16 실시 형태의 SoT 모듈은, 압전 소자, 베이스판, 탄성체 및 진동판으로 구성되어 있지만, 또한 파티션을 갖고 있어도 된다. 도 17의 (a)는 SoT 모듈(1700)을 도시하는 단면도이다. 도 17의 (a)는 진동판(130)에 평행인 면으로 탄성체(1720)를 절단한 단면을 도시하고 있다.
SoT 모듈(1700)은, 압전 소자, 탄성체(1720), 진동판(130) 및 파티션(1770)을 구비하고 있다. 압전 소자는, 압전 소자(110)와 마찬가지의 소자 구조를 갖고 있다. 압전 소자끼리는, 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 복수의 압전 소자는, 좌우 각각으로 분리되어 압전 복합체를 형성하고 있다.
탄성체(1720)는, 일단이 압전 복합체에 접착되고, 타단이 진동판(130)에 접착되어 있고, 2개의 압전 복합체의 각각에 대하여 탄성체(1720)의 집합이 형성되어 있다. 그리고, 그들 사이에는, 파티션(1770)이 마련되어 있다. 파티션(1770)에 의해, 좌우 각각의 스피커에 있어서의 음향 간섭을 억제할 수 있다.
[제18 실시 형태(포위형 파티션)]
파티션은 탄성체의 집합을 둘러싸는 구조를 갖고 있어도 된다. 도 17의 (b)는 SoT 모듈(1800)을 도시하는 단면도이다. 도 17의 (b)는 진동판(130)에 평행인 면으로 탄성체(1720)를 절단하였을 때의 단면을 도시하고 있다.
SoT 모듈(1800)은, 파티션(1770) 대신에 파티션(1870a, 1870b)을 구비하고 있는 것을 제외하고 SoT 모듈(1700)과 마찬가지로 구성되어 있다.
파티션(1870a, 1870b)은, 좌우 각각의 탄성체(1720)의 집합을 둘러싸고 있다. 또한, 파티션(1870a, 1870b)은, 각각 내측의 파티션(1871a, 1871b) 및 외측의 파티션(1872a, 1872b)으로 구성되어 있다. 파티션(1870a, 1870b)이 탄성체(1720)를 둘러싸는 2중 구조를 가짐으로써, 소리가 각 파티션의 외부에 전달되기 어려워진다. 이에 의해, 좌우 각각의 스피커의 내부에서 발생하는 음향 간섭을 효과적으로 억제할 수 있다.
[제19 실시 형태(공랭형 파티션)]
파티션은 공기의 유통 경로를 갖고 있어도 된다. 도 17의 (c)는 SoT 모듈(1900)을 도시하는 평면도이다. 도 17의 (c)는 진동판(130)에 평행인 면으로 탄성체(1720)를 절단하였을 때의 단면을 도시하고 있다.
SoT 모듈(1900)은, 파티션(1870a, 1870b) 대신에 파티션(1970a, 1970b)을 구비하고 있는 것을 제외하고 SoT 모듈(1800)과 마찬가지로 구성되어 있다.
파티션(1970a, 1970b)은, 좌우 각각의 탄성체(1720)의 집합을 둘러싸도록 마련되어 있다. 파티션(1970a, 1970b)은, 각각 내측의 파티션(1971a, 1971b) 및 외측의 파티션(1972a, 1972b)으로 구성되어 있다. 파티션(1970a, 1970b)은 탄성체(1720)를 둘러싸는 2중 구조를 갖는다.
내측의 파티션(1971a, 1971b)은, 각각 개구부(1973a, 1973b) 및 칸막이(1974a, 1974b)를 갖고 있다. 또한, 외측의 파티션(1972a, 1972b)은, 각각 칸막이(1975a, 1975b) 및 개구부(1976a, 1976b)를 갖고 있다. 이에 의해, 탄성체(1720)로부터 파티션(1970a, 1970b)의 외부까지 연속하는 공기의 유통 경로가 형성된다. 그 결과, SoT 모듈(1900)은, 음향 간섭을 억제하면서 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
[응용 제품]
이상과 같이 구성된 SoT 모듈은, 다양한 용도에 사용할 수 있다. 용도는, 대략 음향과 노이즈 캔슬로 분류할 수 있다. 노이즈 캔슬은, 역위상의 소리를 사용하는 기술이며, 특히 모터 소리와 같은 규칙성이 있는 노이즈의 제거에 효과적이다. 1kHz 이상의 노이즈를 캔슬하는 것은 어렵다고 알려져 있지만, SoT 모듈이면 1kHz 이하의 노이즈 캔슬에도 충분히 대응할 수 있다.
(자동차)
진동판으로서 기능하는 평판이 있으면, 거기에 압전 소자 및 탄성체를 설치함으로써 SoT 모듈을 구성할 수 있다. 예를 들어, 자동차의 도어, 천장, 트렁크, 헤드레스트, 대시보드의 플라스틱 패널의 일부를 진동판으로서 이용하여, SoT 모듈을 구성할 수 있다.
자동차와 같이 내부 공간에 제약이 있는 경우, 하나의 위치로부터 퍼지는 소리보다, 다양한 위치에 SoT 모듈을 설치하여 생성한 소리쪽이, 청취자에게는 공간적으로 밸런스가 잡힌 소리로서 들린다. 예를 들어, 좌석의 뒤나 앞의 좌석의 등 부분으로부터 작은 음량으로 소리를 발생시킬 수 있다.
이와 같은 음향 용도에 한정되지는 않고, 자동차에 있어서는 노이즈 캔슬러로서도 SoT 모듈을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 시트 아래에 SoT 모듈을 형성하여, 엔진 소리와 역상의 소리로 노이즈를 캔슬할 수 있다.
상기와 같은 구성을, 코일을 사용한 스피커로 실현하고자 하면, 차 내의 공간을 확보하는 것이 곤란하다. 또한, 전원의 확보나 중량의 저감의 관점에서도, 코일을 사용한 스피커를 사용하는 것은 어렵다. 이에 반해, 압전 소자를 사용한 SoT 모듈이면, 한정된 공간, 허용 중량이나 전원을 충분히 활용할 수 있다.
(전기 제품)
전기 제품은, 용이하게 전원을 확보할 수 있고, 하우징을 진동판으로서 이용할 수 있기 때문에, SoT 모듈의 응용에 적합하다. 예를 들어, 세탁기의 노이즈 캔슬에 SoT 모듈을 이용할 수 있다. 그때는, SoT 모듈을 세탁기 자체에 설치할 수도 있고, 세탁기의 부속품에 설치할 수도 있다. 예를 들어, 노이즈 캔슬러로서 세탁기의 팬에 SoT 모듈을 설치하여, 소리를 전달시키지 않는 기구를 형성하는 것이 바람직하다. 세탁기로부터 새어 나온 소리는 방음재를 통과한 1kHz 이하의 저음이며, 통상의 압전 모듈에서는 이 소리를 캔슬할 수 없지만, SoT 모듈이면 캔슬 가능하다.
(CSO)
SoT 모듈의 대표적인 응용 제품으로서, Cinematic Sound OLDE(CSO)를 들 수 있다. CSO는, 자기 발광 OLED에 음향 기술이 추가되어, 화면의 소리의 위치와 실제의 소리의 발생 위치를 일치시키는 기술이다. OLED 패널을 진동판으로서 사용하여, TV에 내장된 별도의 스피커로부터가 아니라, OLED 화면으로부터 직접 소리를 유저에게 전달함으로써 화상에 따른 소리를 듣는 것을 가능하게 한다. 즉, 유저는, 영화나 드라마의 출연자의 입으로부터 서로 이야기하는 소리를 들을 수 있고, 하늘에서 떨어지는 비가 지면에 닿는 소리도 실제의 화면에서 지면에 부딪치는 위치로부터 소리를 들을 수 있다. 이와 같이 하여, 유저는 몰입감을 높일 수 있다. 이 용도는 TV에 한하지 않고, 사이니지여도 마찬가지로 SoT 모듈을 적용할 수 있다.
(가구, 건축 부재)
SoT 모듈은, 가구나 건축 부재에도 응용 가능하다. 예를 들어, 프레임이 짜여진 랙에 사용되는 박스형의 서랍에 압전 소자 및 탄성체를 설치하여, SoT 모듈을 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 책상의 서랍 안을 울려, 박스 안을 스피커로서 사용할 수 있다. 서랍에 물건이 들어 있어도, 원하는 소리를 발생시키는 것이 가능하다.
도로에 설치된 LED 투광기의 이면의 철판에 압전 소자 및 탄성체를 설치하고, 철판을 진동판으로 사용하여, SoT 모듈을 구성할 수도 있다. 예를 들어 LED 투광기로부터, 직접 경보의 소리를 발생시킬 수 있다. 천장, 벽 또는 파티션을 진동판으로서 사용하여 SoT 모듈을 구성하는 것도 가능하다. 그 경우, 음향 및 노이즈 캔슬 중 어느 것에도 이용할 수 있다. 이와 같은 구성은, 저음역의 음압의 관점에서는 코일에 의한 스피커여도 가능하지만, 건물 내의 공간을 확보할 수 없다. 또한, 코일에 의한 스피커에서는 강한 전원이 필요로 되어 법률상의 제한을 받을지도 모른다. SoT 모듈이면, 작은 공간에도 설치 가능하며, 일반용의 과정 전원을 유용하여 후장착하는 것도 가능하다.
[실시예]
수식 (1)은, 압전 모듈의 고유 진동수 fs를 나타내는 수식이다. M 및 S는, 각각 압전 모듈의 질량 및 스티프니스를 나타낸다. 평판형의 압전 모듈의 경우에는, 전체의 스티프니스값이 주로 탄성체의 스티프니스에 의존한다.
따라서, 탄성체의 스티프니스를 작게 함으로써, 시스템 전체의 고유 진동수를 작게 할 수 있다. 또한, 시스템 전체의 스티프니스는 진동판의 인장 강도에도 의존성을 갖고 있기 때문에, 진동판의 재료의 선정에 따라서 저음의 음압을 향상시키는 것도 가능하다.
그러나, 한편 진동판의 무게에 의해 전달율이 낮아져, 음압 특성이 열화될 가능성도 있다. 이것을 해소하기 위해 압전 복합체와 진동판의 부착 강도를 높여 전달율을 높이는 것으로 하면, 패널의 무게를 압전 복합체가 전부 받아내야만 하여, 진폭을 유지할 수 없다. 이와 같은 사정도 고려하여, 단순한 진동 경로로의 탄성체의 추가뿐만 아니라, 진동 전달 경로의 감쇠비의 조정까지 행함으로써 음압 향상이 가능해진다.
[실시예 1]
탄성체의 배치를 바꾸어 시험용의 압전 모듈을 제작하고, 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 18의 (a)는 각각 탄성체의 위치가 다른 시험용의 압전 모듈 t1 내지 t3을 도시하는 측면도이다. 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 시험용의 압전 모듈 t1은, 압전 소자 v1, 탄성체 u1, 진동판 w1로 구성되어 있다. 압전 소자 v1은, PZT를 사용한 굴곡형의 압전 소자이다. 탄성체 u1은, 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향으로 8㎜의 길이이며, 우레탄으로 형성되고, 한쪽의 면이 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향의 중앙부에 접착되어 있다. 진동판 w1은 OLED 패널이며, 탄성체 u1의 다른 쪽의 면이 접착되어 있다.
시험용의 압전 모듈 t2는, 압전 소자 v1, 탄성체 u2, 진동판 w2로 구성되어 있다. 2개의 탄성체 u2는, 탄성체 u1과 마찬가지로 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향으로 8㎜의 길이이며, 우레탄으로 형성되어 있지만, 각각 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향의 중앙부와 양단부의 중간 위치에 배치되어 있다.
시험용의 압전 모듈 t3은, 압전 소자 v1, 탄성체 u3, 진동판 w1로 구성되어 있다. 2개의 탄성체 u3은, 탄성체 u1과 마찬가지로 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향으로 8㎜의 길이이며, 우레탄으로 형성되어 있지만, 각각 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향의 양단부에 배치되어 있다.
도 18의 (b)는 시험용의 압전 모듈 t1 내지 t3의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 시험용의 압전 모듈 t1, t2에서 발생하고 있는 중음역의 피크 딥이, 시험용의 압전 모듈 t1에서는 발생하고 있지 않다.
[실시예 2]
탄성체의 형상을 바꾸어 시험용의 압전 모듈을 제작하고, 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 19의 (a)는 탄성체의 형상이 다른 시험용의 압전 모듈 t4, t5를 도시하는 측면도이다.
도 19의 (a)에 도시한 바와 같이, 시험용의 압전 모듈 t4는, 압전 소자 v1, 탄성체 u4, 진동판 w1로 구성되어 있다. 2개의 탄성체 u4는, 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향의 양단에 있어서 직경 10㎜의 원기둥상으로 우레탄으로 형성되어 있다. 또한, 시험용의 압전 모듈 t5는, 압전 소자 v1, 탄성체 u5, 진동판 w5로 구성되어 있다. 2개의 탄성체 u5는, 압전 소자 v1의 긴 쪽 방향의 양단에 있어서 길이 5㎜의 직사각형체상으로 우레탄으로 형성되어 있다.
도 19의 (b)는 시험용의 압전 모듈 t4, t5의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 19의 (b)에 도시한 바와 같이, 저음역에서는 약간 시험용의 압전 모듈 t5의 음압이 크고, 중음역에서는 시험용의 압전 모듈 t4의 음압이 크다. 그러나, 탄성체의 형상에 따라 음압의 주파수 특성에 큰 상이는 발생하지 않았다.
[실시예 3]
제1 실시 형태의 SoT 모듈(100)(실시예 E1(병렬형))에 대하여 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 20은 실시예 E1의 압전 모듈 및 압전 모듈 t5의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 20에 도시한 바와 같이, 100Hz 부근에 음압의 저하가 있지만 200Hz 내지 1kHz의 저중음역에 있어서, 고음역과 동등한 음압이 얻어지고 있다. 또한, 1.5kHz 부근에 음압의 저하가 보인다.
[실시예 4]
제2 실시 형태의 SoT 모듈(200)(실시예 E2(단부 연결형))을 준비하고, 그 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 21은 각 실시예 E1 및 E2의 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 실시예 E1에서는, 100Hz 내지 400Hz의 저음역에 음압이 작은 영역이 있다. 그러나, 1kHz 부근의 중음역의 영역에서는, 실시예 E1보다도 실시예 E2쪽이 플랫한 음압의 특성을 갖고 있어, 실시예 E1에서 발생한 음압의 저하가 실시예 E2에서는 해소되어 있다. 또한, 10kHz 이상의 고음역에서도 실시예 E2에서는 플랫한 특성이 얻어지고 있다.
[실시예 5]
제7 실시 형태의 SoT 모듈(700)(실시예 E7(중앙 연결 루프형))을 준비하고, 그 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 22는 각 실시예 E1 및 E7에 대하여 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 저음역에서는, 실시예 E7쪽이, 실시예 E1보다 플랫하고 큰 음압이 얻어진다. 또한, 중고음역에서는, 실시예 E1쪽이, 실시예 E7보다 플랫하고 큰 음압을 얻어진다. 실시예 E7(중앙 연결 루프형)은, 저음역에서의 음압을 크게 향상시키는 것을 알 수 있었다.
[실시예 6]
제7 실시 형태의 SoT 모듈(700)(실시예 E7(중앙 연결 루프형)), 제8 실시 형태의 SoT 모듈(800)(실시예 E8(중간 연결 루프형)) 및 제9 실시 형태의 SoT 모듈(900)(실시예 E9(단부 연결 루프형))을 준비하고, 각각의 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 23은 각 실시예 E7 내지 E9에 대하여 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 23에 도시한 바와 같이, 저음역에서는, 실시예 E7에서 가장 큰 음압이 얻어졌다. 중음역에서는, 실시예 E8에서 가장 큰 음압이 얻어졌다. 고음역에서는, 실시예 E9에서 가장 큰 음압이 얻어졌다. 따라서, SoT 모듈(700, 800 및 900)은, 각각 저음역, 중음역 및 고음역의 용도에 적합한 것을 알 수 있었다.
[실시예 7]
제13 실시 형태의 SoT 모듈(1300)(실시예 E13(단독 베이스판형))을 준비하고, 중앙의 압전 소자(1390)와 양측의 압전 소자(1310)를 동상 구동 또는 역상 구동하여, 음압의 주파수 특성을 측정하였다. 도 24는 실시예 E13에 대하여 동상 및 역상으로 구동하였을 때의 SoT 모듈의 음압의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 역상 구동에서는 저음역에서의 음압이 향상되어 있고, 동상 구동에서는, 중고음역의 음압이 향상되어 있다.
100: SoT 모듈(제1 실시 형태)
110: 압전 소자
110a, 110b: 압전 소자
P1: 전원
111, 112: 압전체
113, 114: 전극
115: 심 플레이트
120a, 120b: 탄성체
130: 진동판
200: SoT 모듈(제2 실시 형태)
205: 압전 복합체
210a, 210b: 압전 소자
220a, 220b: 탄성체
240a, 240b: 연결 부재
300, 400, 500: SoT 모듈(제3 내지 제5 실시 형태)
320, 420, 520: 탄성체
600: SoT 모듈(제6 실시 형태)
605: 압전 복합체
610a 내지 610c: 압전 소자
620a, 620b: 탄성체
700: SoT 모듈(제7 실시 형태)
705: 압전 복합체
710a 내지 710d: 압전 소자
720a 내지 720d: 탄성체
800: SoT 모듈(제8 실시 형태)
810a 내지 810d: 압전 소자
820a 내지 820d: 탄성체
900: SoT 모듈(제9 실시 형태)
910a 내지 910d: 압전 소자
920a 내지 920d: 탄성체
1000: SoT 모듈
1005: 압전 복합체
1010, 1080: 압전 소자
1020: 탄성체
1100: SoT 모듈
1105a, 1105b: 압전 복합체
1110a, 1180a, 1110b, 1180b: 압전 소자
1120a, 1120b: 탄성체
1200: SoT 모듈
1205: 압전 복합체
1210a 내지 1210d, 1280: 압전 소자
1220a 내지 1220d: 탄성체
1300: SoT 모듈
1305: 압전 복합체
1310, 1390: 압전 소자
1320: 탄성체
1360: 베이스판
1400: SoT 모듈
1405a, 1405b: 압전 복합체
1410a, 1490a, 1410b, 1490b: 압전 소자
1420a, 1420b: 탄성체
1460a, 1460b: 베이스판
1500: SoT 모듈
1505: 압전 복합체
1510a 내지 1510d, 1590: 압전 소자
1520a 내지 1520d: 탄성체
1560: 베이스판
1600: SoT 모듈(제16 실시 형태)
1605: 압전 복합체
1610a, 1610b: 압전 소자
1620: 탄성체
1660: 베이스판
1700: SoT 모듈(제17 실시 형태)
1720: 탄성체
1770: 파티션
1800: SoT 모듈(제18 실시 형태)
1870a, 1870b: 파티션(전체)
1871a, 1871b: 내측의 파티션
1872a, 1872b: 외측의 파티션
1900: SoT 모듈(제19 실시 형태)
1970a, 1970b: 파티션
1971a, 1971b: 내측의 파티션(전체)
1972a, 1972b: 외측의 파티션
1973a, 1973b, 1976a, 1976b: 개구부
1974a, 1975a: 칸막이
2200: SoT 모듈
2205: 압전 복합체
2210a 내지 2210d, 2280: 압전 소자
2220a 내지 2220d: 탄성체
t1 내지 t5: 압전 모듈(시험용)
u1 내지 u5: 탄성체
v1: 압전 소자
w1: 진동판

Claims (16)

  1. 교류 전압의 인가에 의해 굴곡 진동을 발생시키는 평판상의 압전 복합체와,
    일단이 상기 압전 복합체의 주면에 접착되어, 상기 압전 복합체의 진동을 전달하는 복수의 탄성체와,
    상기 탄성체의 타단에 주면이 접착된 진동판을 구비하고,
    상기 압전 복합체는, 직사각형 평판으로 형성된 압전 소자를 포함하고,
    복수의 상기 탄성체 사이에, 상기 압전 복합체의 무게 중심 위치가 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성체는, 상기 압전 소자의 단부에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 복합체는, 복수의 상기 압전 소자를 갖고, 상기 압전 소자의 각각은, 서로의 일부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자의 각 단부를 연결하는 복수의 연결 부재를 더 구비하고,
    복수의 상기 압전 소자는, 서로의 긴 쪽 방향이 교차하지 않도록 설치되고, 상기 복수의 연결 부재는, 서로 긴 쪽 방향이 교차하지 않도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자로서, 3매의 상기 압전 소자가 H형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자의 각각은, 일단이 다른 상기 압전 소자에 접착됨으로써, 변위를 증폭하는 루프 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자의 각각의 타단이 접착되는 위치는, 다른 상기 압전 소자의 중앙부인 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자의 각각의 타단이 접착되는 위치는, 다른 상기 압전 소자의 중앙부와 단부의 중간부인 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자의 각각의 타단이 접착되는 위치는, 다른 상기 압전 소자의 단부인 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  10. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 압전 소자의 각각은, 단부끼리가 일렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압전 복합체는, 복수의 상기 압전 소자가 접착된 베이스판을 포함하고,
    상기 베이스판에 상기 탄성체의 일단이 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스판은, 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 탄성체는, 열전도율이 1×10-4cal·s-1㎝-2 이상인 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스판과 상기 진동판 사이에, 상기 탄성체의 집합을 구획하는 파티션을 더 구비하고,
    상기 탄성체는, 좌우 각각으로 분리된 집합을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판에는, 자동차의 부품이 사용되고,
    상기 자동차에 탑재되는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동판에는, 전기 제품의 부품 또는 부속품이 사용되고,
    상기 전기 제품 또는 상기 전기 제품의 부속품에 탑재되는 것을 특징으로 하는 SoT 모듈.
KR1020237042933A 2021-11-10 SoT 모듈 KR102719998B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3798678B2 (ja) 2001-11-08 2006-07-19 株式会社ケンウッド 映像ディスプレイモニタ

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JP3798678B2 (ja) 2001-11-08 2006-07-19 株式会社ケンウッド 映像ディスプレイモニタ

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CN117581565A (zh) 2024-02-20
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