KR20240086487A - 압전 스피커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 스피커와 관련된다. 본 발명은 실시예로 사각형 형상을 가지고 판 형태로 2개가 적층되어 이루어진 압전소자 및 상기 압전소자의 일측면의 부착되는 지그를 포함하고, 상기 지그는, 상기 압전소자와 대응되도록 사각형 틀 형상으로 형성되고 일면에 상기 압전소자가 부착되는 안착부 및 상기 안착부의 중앙에 일방이 개방되도록 원형으로 돌출되어 형성되는 돌출부를 포함하며, 상기 안착부는, 원형으로 이루어지고 일측에는 상기 돌출부가 놓여지고 다른 일측에는 상기 압전소자의 중앙 부분이 안착되는 제1안착부 및 상기 제1안착부와 접하고 서로 평행한 한 쌍의 제1면과 한 쌍의 상기 제1면의 양쪽 끝단을 각각 이어주고 서로 평행한 한 쌍의 제2면을 포함하고 일정 폭으로 형성되어 상기 압전소자의 외측 테두리가 안착되는 제2안착부를 포함하는 압전 스피커를 제시한다.

Description

압전 스피커{Piezoelectric speaker}

본 발명은 압전 스피커에 관한 것으로서 상세하게는 저역 주파수에서도 보이스 코일 스피커와 유사한 성능을 낼 수 있는 압전 스피커와 관련된다.

일반적으로 압전소자는 진동이 가해졌을 때 전압이 발생하고, 전압이 가해졌을 때 기계적인 변형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 소자로 알려져 있다.

이에 따라 압전소자는, 진동을 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 원리를 이용하여 가속도센서 등으로 이용되거나 전기적인 에너지를 가청영역의 소리로 상호 변환할 수 있는 원리를 이용하여 레코드 디스크의 픽 업, 마이크로 폰, 스피커, 버저 등의 소자로 이용된다.

최근에는, 전자 기기의 슬림화 및 박형화와 휴대성에 대한 수요자의 요구가 증가하고 있다. 이에 따라, 스마트폰이나 박형 디스플레이 장치, 휴대용 컴퓨터, 자동차의 오디오 등에 적용하는 스피커 또한 그 크기나 두께가 소형화될 것이 요구되고 있다.

이를 만족시키기 위해서, 기존의 보이스 코일 스피커에 비해 얇고 가벼우며 소비전력이 적고 응답속도가 상대적으로 우수한 압전 스피커를 채용하는 경향이 커지고 있다.

한편 풍부한 음감을 즐기기 위해서는 저역 주파수가 충분히 재생될 필요가 있으며 저역 주파수가 강화된 스피커를 선호하는 사용자들도 있다. 이에 따라 저역 주파수에서도 우수한 음압특성을 가지는 압전 스피커가 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2019-0044329호 (2019.04.30)

본 발명은 압전특성을 가지는 사각형 형상의 압전소자의 일측면에 사각형 틀 형상에 중앙이 돌출된 형상을 가진 지그를 부착함으로써 저역 주파수에서도 우수한 음압특성을 갖는 압전 스피커를 제시한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 사각형 형상을 가지고 판 형태로 2개가 적층되어 이루어진 압전소자 및 상기 압전소자의 일측면의 부착되는 지그를 포함하고, 상기 지그는, 상기 압전소자와 대응되도록 사각형 틀 형상으로 형성되고 일면에 상기 압전소자가 부착되는 안착부 및 상기 안착부의 중앙에 일방이 개방되도록 원형으로 돌출되어 형성되는 돌출부를 포함하고, 상기 안착부는, 원형으로 이루어지고 일측에는 상기 돌출부가 놓여지고 다른 일측에는 상기 압전소자의 중앙 부분이 안착되는 제1안착부 및 상기 제1안착부와 접하고 서로 평행한 한 쌍의 제1면과 한 쌍의 상기 제1면의 양쪽 끝단을 각각 이어주고 서로 평행한 한 쌍의 제2면을 포함하고 일정 폭으로 형성되어 상기 압전소자의 외측 테두리가 안착되는 제2안착부를 포함하는 압전 스피커를 제시한다.

이때 상기 압전 스피커는, 상기 제2안착부의 한 쌍의 상기 제2면의 중앙으로부터 상기 제1안착부로 각각 연장되는 2개의 제3면을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

한편 상기 압전 스피커는, 상기 제2안착부의 상기 제1면과 상기 제2면이 만나는 4개의 꼭짓점에서 상기 제1안착부로 각각 연장되는 4개의 제4면을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 압전 스피커는, 상기 제2안착부의 상기 제1면과 상기 제2면이 만나는 4개의 꼭짓점 중 같은 방향의 2개의 꼭짓점을 각각 이어주어 형성되는 2개의 제5면 및 상기 제5면에서 상기 제1안착부로 각각 연장되는 2개의 제6면을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압전 스피커는, 우수한 음압특성을 갖는 동시에 저역 주파수에서도 기존 보이스 코일 스피커에 근접한 음압특성을 가지므로 풍부한 음감을 낼 수 있고, 대형 음향기기에도 적용이 가능하다. 또한 새로운 스피커의 구조를 제시하고, 자성체가 없어야 하는 의료기기 등에서 적용이 가능하다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 분해사시도.
도 3은 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 압전 스피커의 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도.
도 5는 제2실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도.
도 6은 제3실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도.
도 7은 제4실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도.
도 8은 비교예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도.
도 9는 실시예들과 비교예의 압전 스피커의 음압 특성을 비교한 그래프.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 스피커에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 사시도이고, 도 2는 이러한 압전 스피커를 나타내는 분해사시도이며 도 3은 이러한 압전 스피커의 단면도이고, 도 4는 이러한 압전 스피커를 나타내는 평면도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 압전 스피커(100)는 사각형 형상을 가지고 판 형태로 이루어진 압전소자(10)와 압전소자(10)의 일측면의 부착되는 지그(20)를 포함하여 이루어진다.

압전소자(10)는 압전 스피커(100)의 음을 발생시키는 구성이다. 압전소자(10)는 압전세라믹으로 형성될 수 있고, 단일한 압전소자(10) 또는 복수의 압전소자(10)가 적층되어 형성될 수 있다. 본 발명에서 압전소자(10)는 2개가 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 압전소자(10)는 압전소재와 전극소재를 포함하여 이루어지고, 전극소재에 전류가 인가되어 압전소재를 구동시키고 압전소재는 진동에 의한 특성을 출력함으로써 압전 스피커(100)로서 기능할 수 있게 된다.

한편 지그(20)는 압전소자(10)를 거치하여 지지하는 구성으로서, 안착부(21)와 돌출부(22)를 포함하여 이루어지고 안착부(21)의 구성을 여러 가지로 달리하여 적용할 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면 안착부(21)는 압전소자(10)와 대응되도록 사각형 틀 형상으로 형성되고 일면에 압전소자(10)가 부착된다. 이러한 안착부(21)의 중앙에 일방이 개방되도록 원형으로 돌출부(22)가 돌출되어 형성된다.

이때 돌출부(22)는 일방이 개방되고 내부가 비어있는 형태를 가진다. 이와 같은 구성에 의해 돌출부(22) 내부에서 소리의 울림이 가능하고 압전소자 중앙부의 무게가 증가하여 저음역대의 특성이 개선된다. 또한 돌출부(22)의 형상을 다양하게 변경함에 따라 음압 주파수를 개선 및 향상시킬 수 있다.

한편 안착부(21)는, 제1안착부(211)와 제2안착부(212)를 포함하여 이루어진다.

제1안착부(211)는 원형으로 형성되고 돌출부(22)보다 더 큰 지름으로 이루어진다. 이에 따라 제1안착부(211)의 일측에는 돌출부(22)가 놓여질 수 있다. 또한 제1안착부(211)가 일정 크기를 가지고 형성되므로 제1안착부(211)의 다른 일측에는 압전소자(10)가 안착될 수 있다.

이러한 제1안착부(211)에는 압전소자(10)의 중앙 부분이 안착되고 제1안착부(211)의 테두리는 제2안착부(212)와 이어지도록 이루어진다.

제2안착부(212)는 제1안착부(211)와 접하고 서로 평행한 한 쌍의 제1면(213)과 한 쌍의 제1면(213)의 양쪽 끝단을 각각 이어주고 서로 평행한 한 쌍의 제2면(214)을 포함하고 일정 폭으로 형성되어 압전소자(10)가 안착된다. 제2안착부(212)가 일정 폭을 가지고 형성되므로 압전소자(10)가 안착될 수 있다. 제2안착부(212)에는 압전소자(10)의 외측 테두리가 안착된다.

이와 같이 안착부(21)는 압전소자(10)가 안착될 수 있도록 전체적으로 사각형을 이루고, 일정 폭을 가진 형상으로 형성되어 압전소자(10)의 중앙과 외측 테두리가 안착된다.

한편 안착부(21)는 돌출부(22)와 일체로 형성될 수 있고 안착부(21)와 돌출부(22)는 금속 재질로 이루어질 수 있다,

이와 같이 구성된 압전 스피커(100)는, 우수한 음압특성을 갖는 동시에 압전소자(10)의 적층 매수를 조절하여 저역 주파수에서도 기존 보이스 코일 스피커에 근접한 음압특성을 가지게 할 수 있으므로 풍부한 음감을 낼 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 스피커(100)에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제2실시예에서 제1실시예와 중복되는 구성은 배치되지 않는 범위에서 제1실시예의 설명이 적용될 수 있다.

도 5는 제2실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도이다.

제2실시예에 따른 압전 스피커(100)는 기본적으로 제1실시예와 같은 형태의 돌출부(22)와 안착부(21)를 포함한다.

또한 제2실시예의 경우 제1안착부(211)는 제1실시예와 동일하지만, 제2안착부(212)가 상술한 제1면(213)과 제2면(214)을 포함하고 추가적으로 제3면(215)을 더 포함한다. 제3면(215)은 제2안착부(212)에 구비된 한 쌍의 제2면(214)의 중앙으로부터 제1안착부(211)로 연장되는 2개의 부재로 이루어진다.

이와 같이 제3면(215)이 형성됨으로써 제2실시예의 안착부(21)는 압전소자(10)의 진동에도 더 안정적으로 압전소자(10)를 지지할 수 있다. 또한 제3면(215)에 의해 압전소자의 진동시 선형진동과 이상진동을 억제하는 효과를 가질 수 있으며 이에 따라 음압 주파수의 급격한 변화(sharp 또는 dip한 특성)를 개선할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전 스피커(100)에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제3실시예에서 제1실시예와 중복되는 구성은 배치되지 않는 범위에서 제1실시예의 설명이 적용될 수 있다.

도 6은 제3실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도이다.

제3실시예도 제1실시예와 마찬가지로 지그(20)가 상술한 제1면(213)과 제2면(214)을 포함하여 이루어진다. 한편 이에 더하여 제3실시예에서는 지그(20)가 제4면(216)을 더 포함한다.

제4면(216)은 제2안착부(212)의 제1면(213)과 제2면(214)이 만나는 4개의 꼭짓점에서 제1안착부(211)로 각각 연장되는 부재로 이루어진다. 본 실시예에서 제4면(216)은 4개로 구성된다.

이와 같이 제4면(216)이 형성됨으로써 제3실시예의 안착부(21)는 압전소자(10)의 진동에도 더 안정적으로 압전소자(10)를 지지할 수 있다. 또한 제4면(216)에 의해 압전소자의 진동에 따라 지그(20)가 진동시 선형진폭을 더 크게 하는 효과를 가질 수 있으며 제1실시예의 경우보다 약 200Hz이하의 음압 주파수에서 특성을 개선할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제4실시예에 따른 압전 스피커(100)에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제4실시예에서 제1실시예와 중복되는 구성은 배치되지 않는 범위에서 제1실시예의 설명이 적용될 수 있다.

도 7은 제4실시예에 따른 압전 스피커를 나타내는 평면도이다.

제4실시예 역시 제1실시예와 마찬가지로 지그(20)는 상술한 제1면(213)과 제2면(214)을 포함하고, 이에 더하여 제5면(217)과 제6면(218)을 각각 구비한다.

제5면(217)은 제2안착부(212)의 제1면(213)과 제2면(214)이 만나는 4개의 꼭짓점 중 같은 방향의 2개의 꼭짓점을 이어주도록 형성되고 위아래로 각각 1개씩 2개가 형성된다.

도면을 참조하면 제5면(217)은 일측 꼭짓점에서 제1안착부(211) 방향으로 비스듬하게 직선면으로 연장되다가 제1안착부(211)의 원주와 대응되는 굴곡면으로 연장되고 다시 다른측 꼭짓점으로 비스듬하게 직선면으로 연장되는 형태로서 같은 방향의 2개의 꼭짓점을 이어준다.

한편 제6면(218)은 제5면(217)의 굴곡면에서 제1안착부(211)로 직선면으로 연장되어 형성된다. 제2면(214)은 2개의 굴곡면에서 각각 제1안착부(211)로 연장되어 2개가 형성된다. 이를 통해서

이와 같이 제5면(217)과 제6면(218)이 형성됨으로써 제4실시예의 안착부(21)는 압전소자(10)의 진동에도 더 안정적으로 압전소자(10)를 지지할 수 있다.

또한 제5면(217)과 제6면(218)에 의해 압전소자의 진동에 따라 지그(20)가 진동시 선형진폭을 더 크게 하는 효과를 가질 수 있으며 제1실시예의 경우보다 약 200Hz이하의 음압 주파수에서 특성을 개선할 수 있다.

이하에서는 각 실시예에 따른 압전 스피커와 비교예에 따른 압전 스피커의 음압특성을 비교하였다. 여기에서 Ref.는 도 8과 같이 막힌 형태의 안착부(21)를 갖는 지그(20)를 비교예로서 채용하였고 T1은 제1실시에에 따른 지그(20), T2는 제2실시예에 따른 지그(20), T3는 제3실시예에 따른 지그(20), T4는 제4실시예에 따른 지그(20)를 각각 채용하였다.

표 1을 참조하면 압전소자(10)를 하나(1 layer)로 하였을 때는 비교예가 실시예들과 유사하거나 일부 실시예들보다 더 우수한 성능을 보였다.

하지만 압전소자(10)를 2개 적층(2 layer)하였을 때는 비교예보다 실시예들이 더 우수한 성능을 보였으며 특히 저역 주파수에서의 음압이 우수하였다. 한편 실시예들은 저역과 중역 주파수에서는 일반적인 보이스 코일 스피커(VCM)보다 음압은 낮은 편이었지만 전체적으로는 유사한 패턴을 보였다.

특히 제2실시예에 따른 지그를 채용한 압전 스피커의 경우 저역 주파수에서 중역 주파수까지의 각 주파수별 차이가 보이스 코일 스피커와 유사하여 편차가 적은 우수한 압전 스피커를 제작할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 압전 스피커는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 압전소자
20 : 지그
21 : 안착부 211 : 제1안착부 212 : 제2안착부
213 : 제1면 214 : 제2면 215 : 제3면 216 : 제4면 217 : 제5면
218 : 제6면
22 : 돌출부
100: 압전 스피커

Claims (4)

1. 사각형 형상을 가지고 판 형태로 2개가 적층되어 이루어진 압전소자 및
   상기 압전소자의 일측면의 부착되는 지그를 포함하고,
   상기 지그는, 상기 압전소자와 대응되도록 사각형 틀 형상으로 형성되고 일면에 상기 압전소자가 부착되는 안착부 및 상기 안착부의 중앙에 일방이 개방되도록 원형으로 돌출되어 형성되는 돌출부를 포함하고,
   상기 안착부는,
   원형으로 이루어지고 일측에는 상기 돌출부가 놓여지고 다른 일측에는 상기 압전소자의 중앙 부분이 안착되는 제1안착부 및
   상기 제1안착부와 접하고 서로 평행한 한 쌍의 제1면과 한 쌍의 상기 제1면의 양쪽 끝단을 각각 이어주고 서로 평행한 한 쌍의 제2면을 포함하고 일정 폭으로 형성되어 상기 압전소자의 외측 테두리가 안착되는 제2안착부
   를 포함하는 압전 스피커.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2안착부의 한 쌍의 상기 제2면의 중앙으로부터 상기 제1안착부로 각각 연장되는 2개의 제3면을 더 포함하는 압전 스피커.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2안착부의 상기 제1면과 상기 제2면이 만나는 4개의 꼭짓점에서 상기 제1안착부로 각각 연장되는 4개의 제4면을 더 포함하는 압전 스피커.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2안착부의 상기 제1면과 상기 제2면이 만나는 4개의 꼭짓점 중 같은 방향의 2개의 꼭짓점을 각각 이어주어 형성되는 2개의 제5면 및
   상기 제5면에서 상기 제1안착부로 각각 연장되는 2개의 제6면을 더 포함하는 압전 스피커.