KR101654379B1 - 압전형 음향 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 압전형 음향 변환기(1)는 하부 프레임(78), 하부 스피커 회로(20)는 상부 프레임(77), 상부 스피커 회로(10), 및 에지(76)으로 구성되고 상부 스피커 회로(10)는 압전재의 상하를 평판 전극으로 끼운 구조의 압전 소자(16, 17)를 기판(15)의 상하면에 실장한 압전 진동판(14)을 구비하며, 하부 스피커 회로(20)는 동일한 구조의 압전 소자(26, 27)를 기판(25)의 상하면에 실장한 압전 진동판(24)을 갖고 압전 진동판(14, 24)은 연결 부재(74, 57)로 연결되어 있으며, 전압 인가시에는 압전 진동판(14, 24)을 서로 역방향으로 만곡시키고, 이 구조에 의해 압전형 음향 변환기(1)의 두께 방향의 변위가 증가하고 공간 절약에 의한 고음질화를 실현할 수 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압전형 음향 변환기에 관해, 보다 특정적으로는 공간 절약 및 고음질화를 양립시킨 압전형 스피커에 관한 것이다.
최근 휴대전화, 휴대 정보 단말(PDA), 및 포터블 네비게이션 디바이스 등의 모바일 기기는 박형화 및 소형화되는 경향이 가속되고 있다. 또한, AV기기 등에 탑재되는 부품도, 박형화 및 소형화의 요구가 높아지고 있다.
일반적으로 모바일 기기에서의 음성 신호나 음악 신호를 재생하는 스피커에는 동전형(動電型) 스피커가 사용되고 있다. 그러나, 상기 동전형 스피커는 자석 및 보이스 코일을 필요로 하는 구동 방식이므로 스피커의 박형화가 곤란하고, 또한 자기 회로를 사용하므로 자기 누설 대책이 필수인 등의 과제가 있다. 그래서, AV 기기 등의 음성 재생에 널리 사용되어 온 압전형 스피커가 박형화에 적합한 구동 방식으로서 주목받고 있고, 모바일 기기에의 탑재 예도 증가하는 경향에 있다.
종래, 압전형 스피커는 전기 음향 변환 소자에 압전재를 사용한 음향 변환기로서 알려져 있고, 소형 기기의 음향 출력 수단으로서 사용되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1을 참조). 상기 압전형 스피커는 압전 소자를 금속판 등에 접착한 구조이다. 따라서, 압전형 스피커는 자석 및 보이스 코일을 필요로 하는 동전형 스피커과 비교하여 박형화가 용이하고, 또한 자기 누설 대책이 불필요하다는 장점을 갖는다. 또한, 전기 소자로서 본 경우, 동전형 스피커는 주로 저항 성분으로서 동작하는 데에 비해, 압전형 스피커는 커패시터로서 동작한다. 따라서, 주파수가 낮을수록 전기 임피던스는 높아지므로, 압전형 스피커는 동전형 스피커와 비교하여 저주파 대역에서의 소비 전력이 현저하게 낮다는 장점을 갖는다. 예를 들어, 모바일 기기에 사용하는 경우, 압전형 스피커는 통상의 음성 대역, 특히 1 ㎑ 부터 2 ㎑의 주파수 대역에서의 소비 전력을 동전형 스피커보다도 감소시킬 수 있다.
한편, 압전형 스피커는 동전형 스피커와 비교하여 동일한 전압을 부여했을 때의 압전 진동파의 변위량이 작다는 단점을 갖는다. 이 때문에, 큰 변위를 필요로 하는 저주파 대역에서는 음압이 작아지고(즉, 전압 감도가 낮아지고), 음성 신호를 충분한 음압으로 재생할 수 없다는 과제가 있었다. 따라서, 이 과제를 극복하기 위해서는 하기의 어떤 수법을 선택할 필요가 있었다.
제 1 수법은 압전 진동판의 면적을 넓게 하여 음압을 얻는 수법이다. 압전형 스피커의 음압은 압전 진동판의 변위량을 일정하게 하면 압전 진동판의 유효 진동 면적에 비례하므로, 상기 유효 진동 면적을 크게 하는 것이다. 예를 들어, 압전 진동판의 유효 진동 면적을 2 배로 하면 음압은 2 배가 되고, 즉 음압 레벨이 6 dB 상승한다.
제 2 수법은 구동 전압을 높게 하여 음압을 얻는 수법이다. 압전형 스피커의 압전 진동판의 변위량은 유효 진동 면적을 일정하게 하면 구동 전압에 비례하므로, 상기 구동 전압을 높게 하는 것이다. 예를 들어, 구동 전압을 2 배로 하면 음압은 2배가 된다.
제 3 수법은 압전 소자를 다층화하여 음압을 얻는 수법이다. 압전형 스피커의 구동력은 압전재의 변형 방향이 모두 일치하는 상태에서 압전 소자의 합계 두께 및 구동 전압을 일정하게 하면 압전 소자의 적층수에 비례하므로, 상기 압전 소자의 적층수를 많게 하는 것이다. 따라서, 적층수를 증가시키면 압전 진동판의 유효 진동 면적 및 구동 전압을 변화시키지 않고 스피커의 음압이 상승한다.
그러나, 상술한 제 1~제 3 수법은 배치 공간이나 음질 성능의 관점에서 모바일 기기에의 탑재에 대해서 다음의 과제가 남는다.
제 1 수법에서는 유효 진동 면적의 확대가 필요하지만, 박형화 및 소형화가 요구되는 모바일 기기나 AV 기기에서는 확대할 수 있는 크기에 한계가 있다. 특히, 한정된 용적의 캐비넷에서는 압전 진동판의 배면 용적 부족의 영향에 의한 저역 재생 능력의 열화가 크다.
제 2 수법에서는 구동 전압을 높게 할 필요가 있지만, 실현하기 위해서는 스피커 구동용 승압 앰프를 별도로 필요로 하므로, 부품수의 증가에 의한 스페이스 증대 및 비용 증가를 초래한다.
제 3 수법에서는 압전 소자의 적층수를 많게 할 필요가 있지만, 적층수에 따라서 압전 소자의 비용이 증가된다. 또한, 압전재나 전극의 1층 당의 두께에는 재료나 공법상의 제약이 있으므로 적층할 수 있는 수에도 한계가 있다.
그 때문에, 본 발명의 목적은 한정된 공간 및 비용으로 효율 좋게 높은 음압을 재생하는 것이 가능한 압전형 음향 변환기를 제공하는 것이다.
본 발명은 인가되는 전압에 따라서 진동하는 압전형 음향 변환기를 지향하고 있다. 그리고, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 압전형 음향 변환기는 각각 기판의 적어도 한쪽의 주면(主面)에 압전 소자가 장착된, 복수의 압전 진동판과, 복수의 압전 진동판의 압전 소자의 진동축을 일치시키고, 또한 복수의 압전 진동판의 인접하는 압전 진동판을 연결하는, 적어도 하나의 연결 부재를 구비하고, 인접하는 압전 진동판이 인가되는 전압에 따라서 서로 역방향으로 변위되도록, 복수의 압전 진동판의 압전 소자의 극성이 각각 설정되어 있다.
복수의 압전 진동판의 한쪽단에 있는 압전 진동판은 적어도 하나의 연결부재를 통하여 기판의 중앙 위치에서 압전형 음향 변환기의 진동하지 않는 고정 프레임에 연결되어 있고, 압전 소자가 신축하는 방향과 교차하는 기판의 가장자리(端邊) 위치에서 인접하는 압전 진동판과 연결되어 있다. 또는 복수의 압전 진동판의 한쪽단에 있는 압전 진동판은 압전 소자가 신축하는 방향과 교차하는 기판의 가장자리가, 압전형 음향 변환기의 진동하지 않는 고정 프레임에 연결되어 있고, 적어도 하나의 연결 부재를 통하여 기판의 중앙 위치에서 인접하는 압전 진동판과 연결되어 있다.
또한, 복수의 압전 진동판의 다른 쪽 단에 있는 압전 진동판의 기판을, 압전형 음향 변환기의 진동하지 않는 고정 프레임에 지지하는 신축 자유로운 에지를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 전형적인 복수의 압전 진동판은 직사각형이다. 또한, 전형적인 압전 소자는 기판의 표면에 형성된 프린트 배선과 평판의 전극으로, 압전재를 끼운 구조이다. 압전재는 단결정 압전체, 세라믹 압전체, 또는 고분자 압전체 중 어느 것이 생각된다.
인접하는 압전 진동판은 적어도 하나의 연결 부재의 내부 또는 외부에 설치된 도통부를 통하여 전기적으로 접속되어 있어도 좋다. 이 경우, 적어도 하나의 연결 부재의 외부에 설치된 도통부는 압전 진동판이 구비하는 프린트 배선이 표면에 형성된 기판과 일체 성형할 수 있다.
상기 본 발명에 의하면 복수의 스피커 회로의 압전 진동판을 번갈아 역위상으로 변위시킨다. 이에 의해, 하나의 스피커 회로의 경우와 동일한 전압으로 보다 큰 변위를 얻을 수 있으므로, 저주파 대역에서의 전압 감도가 높아진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)의 구조를 도시하는 부품 분해도,
도 2는 압전형 음향 변환기(1)의 A-A 단면도,
도 3a는 압전형 음향 변환기(1)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 3b는 압전형 음향 변환기(1)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)의 다른 구조를 도시하는 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(2)의 구조를 도시하는 부품 분해도,
도 6은 압전형 음향 변환기(2)의 B-B 단면도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(3)의 구조를 도시하는 부품 분해도,
도 8은 압전형 음향 변환기(3)의 C-C 단면도,
도 9a는 압전형 음향 변환기(3)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 9b는 압전형 음향 변환기(3)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 10a는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기의 구조 단면도,
도 10b는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기의 구조 단면도,
도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기의 구조 단면도,
도 12는 본 발명의 압전형 음향 변환기의 탑재예(1)에서의 외관도,
도 13은 본 발명의 압전형 음향 변환기의 탑재예(2)에서의 외관도,
도 14는 본 발명의 압전형 음향 변환기의 탑재예(3)에서의 평면도, 및
도 15는 하우징(111)에 압전형 음향 변환기(1)를 탑재한 경우의 D-D 단면도이다.
도 2는 압전형 음향 변환기(1)의 A-A 단면도,
도 3a는 압전형 음향 변환기(1)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 3b는 압전형 음향 변환기(1)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)의 다른 구조를 도시하는 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(2)의 구조를 도시하는 부품 분해도,
도 6은 압전형 음향 변환기(2)의 B-B 단면도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(3)의 구조를 도시하는 부품 분해도,
도 8은 압전형 음향 변환기(3)의 C-C 단면도,
도 9a는 압전형 음향 변환기(3)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 9b는 압전형 음향 변환기(3)의 진동 동작을 설명하는 도면,
도 10a는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기의 구조 단면도,
도 10b는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기의 구조 단면도,
도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기의 구조 단면도,
도 12는 본 발명의 압전형 음향 변환기의 탑재예(1)에서의 외관도,
도 13은 본 발명의 압전형 음향 변환기의 탑재예(2)에서의 외관도,
도 14는 본 발명의 압전형 음향 변환기의 탑재예(3)에서의 평면도, 및
도 15는 하우징(111)에 압전형 음향 변환기(1)를 탑재한 경우의 D-D 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 압전형 음향 변환기에 대해서 구체적으로 설명한다.
또한, 이하의 각 실시 형태에서는 본 발명의 압전형 음향 변환기를 스피커에 적용한 예를 설명하지만, 본 발명의 압전형 음향 변환기는 바이브레이터, 센서 및 마이크 등에 적용해도 좋다.
〔제 1 실시 형태〕
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)의 구조를 나타내는 부품 분해도이다. 도 2는 도 1에 도시한 압전형 음향 변환기(1)의 A-A 단면도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시한 압전형 음향 변환기(1)의 진동 동작을 설명하는 도면이다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)는 상부 스피커 회로(10), 하부 스피커 회로(20), 연결 부재(74 및 75), 에지(76), 상부 프레임(77), 및 하부 프레임(78)로 구성되어 있다. 상부 스피커 회로(10), 하부 스피커 회로(20), 에지(76), 상부 프레임(77), 및 하부 프레임(78)은 크기가 동일한 방형의 형상을 하고 있다. 도 1에서는 상기 형상이 외주(R)의 직사각형(장방형)인 경우를 예시하고 있다.
우선, 압전형 음향 변환기(1)의 구조를 설명한다.
상부 스피커 회로(10)는 바깥틀부(11), 제 1 도통부(12), 제 2 도통부(13), 및 압전 진동판(14)으로 구성되어 있다. 바깥틀부(11)는 외주(R) 및 소정의 폭(w)을 갖는 사각틀 형상의 기판이다. 상기 바깥틀부(11)에는 서로 절연된 제 1 전기 배선(11a) 및 제 2 전기 배선(11b)이 형성되어 있다. 압전 진동판(14)은 바깥틀부(11)의 내부보다도 작은 외주(r)를 갖는 직사각형 기판(15)과, 기판(15)의 상면의 일부에 실장된 압전 소자(16)와, 기판(15)의 하면의 일부에 실장된 압전 소자(17)를 포함한다. 상기 압전 진동판(14)은 제 1 도통부(12) 및 제 2 도통부(13)에 의해 만곡 가능하게 바깥틀부(11)와 접속되어 있다. 전형적으로는 바깥틀부(11), 기판(15), 제 1 도통부(12) 및 제 2 도통부(13)은 별도 부품으로 구성하지 않고 기판 재료를 펀칭 가공함으로써 일체로 성형된다.
압전 소자(16 및 17)는 압전재의 상하를 평판의 전극으로 끼운 구조(도시하지 않음)의 박판 형상 소자이다. 압전재는 인가되는 전압에 따라서 신축하는 압전성 재료이다. 전극은 금속 등의 도전성 재료로 형성되고 기판 표면에 형성된 전극은 프린트 배선이라고도 불린다. 상기 압전 소자(16 및 17)는 신축 방향이 서로 반대가 되는 극성의 전압이 동시에 전극간에 가해지도록, 각각의 전극이 기판(15), 제 1 도통부(12), 및 제 2 도통부(13)를 통하여 바깥틀부(11)에 형성된 제 1 및 제 2 전기 배선(11a 및 11b)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 접속에 의해 상부 스피커 회로(10)는 제 1 전기 배선(11a)과 제 2 전기 배선(11b) 사이에 인가되는 전압에 따라서, 상하 방향으로 만곡하는 동작을 실시한다.
하부 스피커 회로(20)도 상부 스피커 회로(10)와 동일한 구조이고, 바깥틀부(21), 제 1 도통부(22), 제 2 도통부(23), 및 압전 진동판(24)으로 구성되어 있다. 바깥틀부(21)는 외주(R) 및 폭(w)을 갖는 사각틀 형상의 기판이다. 상기 바깥 틀부(21)에는 상호 절연된 제 1 전기 배선(21a) 및 제 2 전기 배선(21b)이 형성되어 있다. 압전 진동판(24)은 외주(r)의 기판(25)과, 기판(25)의 상면의 일부에 실장된 압전 소자(26)와, 기판(25)의 하면의 일부에 실장된 압전 소자(27)를 포함한다. 상기 압전 진동판(24)은 제 1 도통부(22) 및 제 2 도통부(23)에 의해 만곡 가능하게 바깥틀부(21)와 접속되어 있다.
압전 소자(26 및 27)는 압전재를 상하의 전극으로 끼운 구조(도시하지 않음)의 박판 형상 소자이다. 상기 압전 소자(26 및 27)는 신축 방향이 서로 반대가 되는 극성의 전압이 동시에 전극간에 가해지도록, 각각의 전극이 기판(25), 제 1 도통부(22) 및 제 2 도통부(23)를 통하여, 바깥틀부(21)에 형성된 제 1 및 제 2 전기 배선(21a 및 21b)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 접속에 의해 하부 스피커 회로(20)는 제 1 전기 배선(21a)과 제 2 전기 배선(21b) 간에 인가되는 전압에 따라서 상하 방향으로 만곡되는 동작을 실시한다.
상부 스피커 회로(10)의 제 1 및 제 2 전기 배선(11a 및 11b)은 상부 스피커 회로(10)의 만곡 방향과 하부 스피커 회로(20)의 만곡 방향이 서로 반대가 되는 극성의 전압이 동시에 전극간에 가해지도록, 하부 스피커 회로(20)의 제 1 전기 배선(21a) 또는 제 2 전기 배선(21b) 중 어느 것과 각각 전기적으로 접속된다.
상부 프레임(77)은 외주(R) 및 폭(w)을 갖는 사각틀 형상의 물질이다. 하부 프레임(78)은 외주(R) 및 폭(w)을 갖는 사각틀의 중앙에 빔부(79)를 설치한 형상의 물질이다. 하부 스피커 회로(20)는 바깥틀부(21)의 하면 및 압전 소자(27)의 하부 전극의 일부가 하부 프레임(78)의 상면과 접착되고, 바깥틀부(21)의 상면이 상부 프레임(77)의 하면과 접착된다. 상부 스피커 회로(10)는 바깥틀부(11)의 하면이 상부 프레임(77)의 상면과 접착되고, 상면 전체에는 신축 자재의 라미네이트 재료인 에지(76)가 장착된다(도 2를 참조). 상부 스피커 회로(10)의 압전 소자(16 및 17)가 실장되어 있지 않은 기판(15)의 부분과, 하부 스피커 회로(20)의 압전 소자(26 및 27)가 실장되어 있지 않은 기판(25)의 부분은 압전 소자(16 및 17)의 진동축과 압전 소자(26 및 27)의 진동축이 일치하도록, 연결 부재(74 및 75)에 의해 연결(구조적으로 접속)되어 있다. 상기 연결 부재(74 및 75)는 기판(15 및 25)보다 강성이 낮은 재료인 것이 바람직하다.
다음에, 상기 구조에 의한 압전형 음향 변환기(1)의 진동 동작을 설명한다.
상부 스피커 회로(10)의 제 1 전기 배선(11a)과 제 2 전기 배선(11b) 사이에 제 1 극성의 전압이 인가되면, 압전 소자(16)와 압전 소자(17)가 서로 반대 방향으로 신축한다. 이 결과, 2개의 압전 소자의 신장과 축소의 차에 따라서 기판(15)이 만곡하고, 압전 진동판(14)은 두께 방향으로 X만큼 변위한다. 한편, 상기 제 1 극성의 전압은 하부 스피커 회로(20)의 제 1 및 제 2 전기 배선(21a 및 21b) 사이에도 인가되고, 압전 소자(26)와 압전 소자(27)가 서로 역방향으로 신축한다. 이 결과, 2 개의 압전 소자의 신장과 축소의 차이에 따라 기판(25)이 만곡하고, 압전 진동판(24)은 두께 방향으로 -x만큼 변위한다. 도 3a를 참조.
또한, 상부 스피커 회로(10)의 제 1 전기 배선(11a)과 제 2 전기 배선(11b) 사이에 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 전압이 인가되면, 압전 소자(16) 및 압전 소자(17)의 신축 방향이 바뀐다. 결과, 기판(15)이 제 1 극성인 경우와 역방향으로 만곡하고, 압전 진동판(14)은 두께 방향으로 -X만큼 변위된다. 한편, 압전 소자(26) 및 압전 소자(27)의 신축 방향도 바뀐다. 그 결과, 기판(25)이 제 1 극성의 경우와 역방향으로 만곡하고, 압전 진동판(24)은 두께 방향으로 x만큼 변위된다. 도 3b를 참조.
여기에서, 압전 진동판(24)이 연결 부재로서 기능하는 빔부(79)를 통하여 압전형 음향 변환기(1)의 진동하지 않는 고정 프레임에 연결되어 있고, 압전 진동판(14)과 압전 진동판(24)이 연결 부재(74 및 75)로 연결되어 있다. 따라서, 제 1 극성의 전압의 인가시에서의 압전형 음향 변환기(1)의 전체로서의 변위는 압전 진동판(14)의 변위(X)와 압전 진동판(24)의 변위(-x)의 차분인 「X+x」가 된다. 도 3a를 참조. 또한, 제 2 극성의 전압의 인가시에서의 압전형 음향 변환기(1)의 전체로서의 변위는 압전 진동판(14)의 변위(-X)와 압전 진동판(24)의 변위(x)의 차분인 「-X-x」가 된다. 도 3b를 참조. 따라서, 2개의 압전 진동판을 갖는 압전형 음향 변환기(1)는 하나의 압전 진동판을 갖는 압전형 음향 변환기와 비교하여 동일 전압으로 보다 큰 변위를 얻을 수 있는, 즉 보다 높은 음압을 발생시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)에 의하면 2개의 스피커 회로(10 및 20)의 압전 진동판(14 및 24)을 역방향으로 변위시킨다. 이에 의해, 하나의 스피커 회로의 경우와 동일한 전압으로 보다 큰 변위를 얻을 수 있으므로, 저주파 대역에서의 전압 감도가 높아진다. 또한, 배경 기술에서 기재한 제 1 및 제 3 수법과 비교하여 공간 절약 또한 저비용으로 저주파 대역에서의 전압 감도가 좋은 고음질의 압전형 음향 변환기(1)를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)에 의하면 직사각형 압전 진동판(14 및 24)을 도통부(12, 13, 22 및 23)에서 만곡 가능하게 유연하게 지지하고 있다. 이에 의해, 압전 진동판(14 및 24)은 긴변 방향의 공진이 효율좋게 여진되어 저주파수가 진동되기 쉬워지므로, 저음의 재생을 고음질로 실시하는(저역 재생 한계를 보다 낮게 하는) 것이 가능해진다.
또한, 에지(76)는 압전형 음향 변환기(1)의 상부에 방사되는 음파에 간섭하는 하부로부터 발생하는 역위상의 음파를 차단하여 음압 저하를 방지하기 위해, 상부 스피커 회로(10)에 장착된다. 따라서, 에지(76)는 압전 진동판(14)의 두께 방향의 변위를 저해하지 않고 압전 진동판(14)을 유연하게 지지할 수 있으면 좋으므로, 본 발명의 제 1 실시 형태와 같이 상부 스피커 회로(10)의 상면 전체에 장착하지 않아도 압전 진동판(14)과 바깥틀부(11)의 틈을 막는 것만으로도 좋다. 도 4를 참조.
또한, 연결 부재(74 및 75)의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이 직방체 형상에 의해 기판(15 및 25)의 가장자리 위치에서 압전 진동판(14)과 압전 진동판(24)을 연결하는 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연결 부재(74 및 75)의 구조를, 입방체 형상이나 원주 형상에 따라서 기판(15 및 25)의 네 귀퉁이 위치에서 압전 진동판(14)과 압전 진동판(24)을 연결하는 구조로 해도 좋다. 이 구조에 의하면 압전 진동판(14 및 24)의 대각선 방향의 공진이 효율 좋게 여진되어 저음 재생 한계를 보다 낮게 할 수 있다. 또한, 압전 진동판(14 및 24)의 단변(短邊) 방향의 공진(대각선 방향보다도 공진 주파수가 높음)이 효율 좋게 여진되고, 대각선 방향의 공진 주파수와 단변 방향의 공진 주파수 사이의 주파수 대역에서 더 큰 변위를 얻을 수 있다.
〔제 2 실시 형태〕
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(2)의 구조를 도시하는 부품 분해도이다. 도 6은 도 5에 도시하는 압전형 음향 변환기(2)의 B-B 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(2)는 상부 스피커 회로(30), 하부 스피커 회로(20), 연결 부재(74 및 75), 에지(76), 상부 프레임(77), 및 하부 프레임(78)으로 구성되어 있다. 상기 압전형 음향 변환기(2)는 상기 압전형 음향 변환기(1)와 상부 스피커 회로(30)의 구성이 다르다. 이하, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략하고, 다른 구성만을 설명한다.
상부 스피커 회로(30)는 압전 진동판(34) 및 제 3 도통부(38)로 구성되어 있다. 압전 진동판(34)은 상술한 압전 진동판(14)과 동일하게, 외주(r)를 갖는 직사각형의 기판(35)과, 기판(35)의 상면의 일부에 실장된 압전 소자(36)와, 기판(35)의 하면의 일부에 실장된 압전 소자(37)를 포함한다. 압전 소자(36 및 37)의 구조는 압전 소자(16 및 17)와 동일하다. 제 3 도통부(38)는 소정의 형상으로 기판(35)에 설치되어 있고, 상부 스피커 회로(30)의 기판(35)과 하부 스피커 회로(20)의 기판(25)을 전기적으로 접속하는 역할을 수행한다. 구체적으로는 제 1 전기 배선(21a)과 제 2 전기 배선(21b) 사이에 전압이 인가되었을 때 압전 진동판(24)과 압전 진동판(34)이 역방향으로 변위되는 극성이 되도록, 상부 스피커 회로(30)의 압전 소자(36 및 37)의 상하 전극과 하부 스피커 회로(20)의 압전 소자(26 및 27)의 상하 전극을 전기적으로 접속한다.
이상과 같이 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(2)에 의하면 제 3 도통부(38)를 통하여 2개의 스피커 회로의 압전 진동판을 전기적으로 접속한다. 이에 의해, 상기 제 1 실시 형태의 효과에 추가하여 상부 스피커 회로(30)의 압전 진동판(34)을 바깥틀부로 지지할 필요가 없으므로, 보다 큰 변위와 진동의 선형성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 제 2 실시 형태에서는 연결 부재(74 및 75)의 표면을 따라서 설치된 제 3 도통부(38)를 사용하여 압전 진동판(24 및 34)을 전기적으로 접속하는 예를 설명했지만, 연결 부재(74 및 75)의 내부를 통하여(예를 들어 관통 구멍) 압전 진동판(24 및 34)을 전기적으로 접속해도 좋다.
〔제 3 실시 형태〕
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(3)의 구조를 나타내는 부품 분해도이다. 도 8은 도 7에 도시하는 압전형 음향 변환기(3)의 C-C 단면도이다. 도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시한 압전형 음향 변환기(3)의 진동 동작을 설명하는 도면이다.
본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(3)는 상부 스피커 회로(10), 하부 스피커 회로(40), 연결 부재(80), 에지(76), 상부 프레임(77) 및 하부 프레임(81)으로 구성되어 있다. 상기 압전형 음향 변환기(3)는 상기 압전형 음향 변환기(1)와 하부 스피커 회로(40), 연결 부재(80) 및 하부 프레임(81)의 구성이 다르다. 이하, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략하고, 다른 구성만을 설명한다.
하부 스피커 회로(40)는 바깥틀부(41) 및 압전 진동판(44)으로 구성되어 있다. 바깥틀부(41)는 외주(R) 및 소정의 폭(w)을 갖는 사각틀 형상의 기판이다. 상기 바깥틀부(41)에는 서로 절연된 제 1 전기 배선(41a) 및 제 2 전기 배선(41b)이 형성되어 있다. 압전 진동판(44)은 바깥틀부(41)의 양 단변(短邊)을 연결하는 직사각형의 기판(45)과, 기판(45)의 상면의 일부에 실장된 압전 소자(46)와, 기판(45)의 하면의 일부에 실장된 압전 소자(47)를 포함한다. 압전 소자(46 및 47)의 구조는 압전 소자(16 및 17)와 동일하다. 상기 압전 진동판(44)은 만곡 가능하게 바깥틀부(41)와 접속되어 있다. 전형적으로는 바깥틀부(41) 및 기판(45)은 기판 재료를 펀칭 가공함으로써 일체로 성형된다.
하부 프레임(81)은 외주(R) 및 폭(w)을 갖는 사각틀 형상의 물질이다. 하부 스피커 회로(40)는 바깥틀부(41)의 하면이 하부 프레임(81)의 상면과 접착되고 바깥틀부(41)의 상면이 상부 프레임(77)의 하면과 접착된다. 또한, 상부 스피커 회로(10)의 압전 소자(17)의 하부 전극과 하부 스피커 회로(40)의 압전 소자(46)의 상부 전극은 중앙부에서 연결 부재(80)로 구조적으로 접속되어 있다. 상기 연결 부재(80)는 기판(15 및 45)보다 강성이 낮은 재료인 것이 바람직하다. 이 구조에 의한 압전형 음향 변환기(3)의 진동 동작은 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같다.
이상과 같이 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(3)에 의하면 하나의 연결 부재(80)만으로 2개의 스피커 회로를 연결한다. 이에 의해, 상기 제 1 실시 형태의 효과에 추가하여 부품수나 재료 비용을 추가로 삭감할 수 있다.
여기에서, 압전형 음향 변환기의 각 구성에 사용되는 디바이스나 재료를 예시해 둔다.
기판에는 범용 플라스틱 소재(폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드 등)나, 액정 폴리머 등의 절연성을 갖는 재료가 사용된다. 압전재에는 단결정 압전체나 세라믹 압전체나, 고분자 압전체가 사용된다. 전극에는 구리, 알루미늄, 티탄, 또는 은 등의 어느 것을 포함하는 박막 재료나, 그 합금 박막 재료가 사용된다. 에지는 유연한 플라스틱 소재(폴리에테르설폰 등)이나, 고무계 고분자 소재(SBR, NBR 및 아크릴로니트릴 등) 등이 사용된다. 연결 부재에는 범용 플라스틱 소재나, 고무계 고분자 소재(SBR, NBR 및 아크릴로니트릴 등)이나, 액정 폴리머 등이 사용된다.
〔다른 실시 형태〕
상기 제 1~제 3 실시 형태에서는 각각의 압전 진동판이 기판의 상면 및 하면의 양방에 압전 소자를 실장하고 있는 경우를 설명했다. 그러나, 본 발명의 압전형 음향 변환기에는 상면 또는 하면 중 어느 것에 압전 소자를 실장하고 있는 압전 진동판도, 동일하게 적용 가능하다(예를 들어, 도 10a 및 도 10b).
또한, 상기 제 1~제 3 실시 형태에서는 2개의 스피커 회로를 연결한 구조를 설명했다. 그러나, 본 발명의 압전형 음향 변환기는 3개 이상의 스피커 회로를 연결한 구조이어도 동일하게 적용 가능하다(예를 들어, 도 11).
〔압전형 음향 변환기의 탑재예 1〕
도 12는 본 발명의 압전형 음향 변환기를 휴대전화 단말에 탑재한 경우의 외관도이다. 도 12에서 압전형 음향 변환기(103)는 상술한 본 발명의 압전형 음향 변환기(1~3)이고, 휴대전화 단말의 하우징(101)에 설치된 디스플레이(102)의 양측에 배치된다. 상기 압전형 음향 변환기(103)로부터 발생하는 음은, 음공(104)을 통하여 외부 공간에 방사된다.
상기 제 1~제 3 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 압전형 음향 변환기(103)는 부품 수를 증가시키지 않고 공간 절약 및 고음질화를 실현할 수 있다. 따라서, 상기 압전형 음향 변환기(103)를 탑재함으로써, 박형화와 고음질을 양립시킨 휴대전화 단말을 용이하게 설계할 수 있다.
〔압전형 음향 변환기의 탑재예 2〕
도 13은 본 발명의 압전형 음향 변환기를 박형 텔레비전에 탑재한 경우의 외관도이다. 도 13에서 본 발명의 압전형 음향 변환기(107)는 상술한 본 발명의 압전형 음향 변환기(1~3)이고, 박형 텔레비전의 하우징(105)에 설치된 디스플레이(106)의 양측에 배치된다.
일반적으로 박형 텔레비전의 하우징(105)에서의 스피커의 탑재 영역은 매우 좁고 캐비넷 용적이 작다. 그래서, 상기 압전형 음향 변환기(107)를 탑재함으로써 박형화와 고음질을 양립시킨 박형 텔레비전을 용이하게 설계할 수 있다. 특히, 상기 압전형 음향 변환기(107)를 저음 재생용 스피커(우퍼)로서 사용함으로써 설치 공간을 증가시키지 않고 영상 음향 컨텐츠의 임장감(臨場感)을 재현할 수 있다.
〔압전형 음향 변환기의 탑재예 3〕
본 발명이 압전형 음향 변환기를 상술한 휴대전화 단말이나 박형 텔레비전 등의 하우징에 직접 부착하면, 동작시의 진동이 하우징에 전달되어 불필요한 음(하우징 고유 진동의 여진 등)이 발생하기 쉽다는 문제를 발생시킨다. 그래서, 이와 같은 경우에는 압전형 음향 변환기를 하우징에 부착할 때, 다음과 같이 방진 가공 및 제진 가공을 실시하는 것이 바람직하다.
도 14는 본 발명의 압전형 음향 변환기를 탑재하는 휴대전화 단말이나 박형 텔레비전 등의 하우징(111)의 평면도이다. 도 15는 도 14에 도시하는 하우징(111)에 상기 제 1 실시 형태에 관한 압전형 음향 변환기(1)를 탑재한 경우의 D-D 단면도이다.
하우징(111)은 개구부(111a)를 갖는 박스이고, 하부 내벽(111c)에 돌기부(112)를 구비한다. 압전형 음향 변환기(1)의 하부는 하부 프레임(78) 및 빔부(79)의 하면이 제진부재(114)를 끼고 돌기부(112) 상에 부착된다. 압전형 음향 변환기(1)의 상부는 에지(76)의 상면 중 상부 프레임(77)에 대응하는 부분만이, 방진 부재(113)를 끼고 하우징(111)의 상부 내벽(111b)에 부착된다.
상기 방진 부재(113)를 설치함으로써 압전형 음향 변환기(1)의 진동이 하우징(111)의 상면에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제진 부재(114)를 설치함으로써 압전형 음향 변환기(1)의 프레임 부분을 돌기부(112)를 통하여 하우징(111)에 고정하고 또한 압전형 음향 변환기(1)의 진동이 하우징(111)의 하면에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 상술한 효과에 추가하여 하우징(111)의 공진에 의한 불필요한 음의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 압전형 음향 변환기(1)의 하우징(111)에의 부착은 상부 내벽(111b), 하부 내벽(111c), 또는 측부 내벽(111d) 중 어느 한 부분만이어도 좋다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 압전형 음향 변환기는 스피커, 바이브레이터, 센서 및 마이크 등에 이용 가능하고, 특히 공간 절약 및 고음질화를 양립시키고 싶은 경우 등에 유용하다.
1, 2, 3, 103, 107: 압전형 음향 변환기
10, 20, 30, 40: 스피커 회로
11, 21, 41: 바깥틀부
11a, 11b, 21a, 21b, 41a, 41b: 전기 배선
12, 13, 22, 23, 38: 도통부
14, 24, 34, 44: 압전 진동판
15, 25, 35, 45: 기판
16, 17, 26, 27, 36, 37, 46, 47: 압전 소자
74, 75, 80: 연결 부재 76: 에지
77, 78, 81: 프레임 79: 빔부
101, 105, 111: 하우징 102, 106: 디스플레이
104: 음공 111a: 개구부
111b, 111c, 111d: 내벽 112: 돌기부
113: 방진 부재 114: 제진 부재
10, 20, 30, 40: 스피커 회로
11, 21, 41: 바깥틀부
11a, 11b, 21a, 21b, 41a, 41b: 전기 배선
12, 13, 22, 23, 38: 도통부
14, 24, 34, 44: 압전 진동판
15, 25, 35, 45: 기판
16, 17, 26, 27, 36, 37, 46, 47: 압전 소자
74, 75, 80: 연결 부재 76: 에지
77, 78, 81: 프레임 79: 빔부
101, 105, 111: 하우징 102, 106: 디스플레이
104: 음공 111a: 개구부
111b, 111c, 111d: 내벽 112: 돌기부
113: 방진 부재 114: 제진 부재
Claims (9)
- 인가되는 전압에 따라서 진동하는 압전형 음향 변환기에 있어서,
기판 중 적어도 한쪽의 주면(主面)에 압전 소자가 장착된 제 1 압전 진동판,
기판 중 적어도 한쪽의 주면에 압전 소자가 장착된 제 2 압전 진동판,
상기 제 1 및 제 2 압전 진동판의 압전 소자의 진동축을 일치시키고, 또한 상기 제 1 압전 진동판과 상기 제 2 압전 진동판을 연결하는 복수의 연결 부재,
상기 제 2 압전 진동판의 전부 또는 일부를 덮도록 배치되고, 상기 압전형 음향 변환기의 상부에 방사되는 음파에 간섭하는 하부로부터 발생하는 역위상의 음파를 차단하는, 신축 자유로운 에지, 및
사각틀의 중앙에 빔부를 설치한 형상을 가지고, 상기 제 1 압전 진동판을 지지하는, 진동하지 않는 고정 프레임을 구비하고,
상기 제 1 및 제 2 압전 진동판은 인가되는 전압에 따라서 서로 역방향으로 변위되도록, 각각의 압전 소자의 극성이 설정되어 있고,
상기 제 1 압전 진동판은 상기 기판의 중앙 위치에서 상기 진동하지 않는 고정 프레임에 상기 빔부를 통하여 연결되어 있고, 상기 복수의 연결 부재를 통하여 상기 압전 소자가 신축하는 방향과 교차하는 상기 기판의 가장자리(端邊) 위치에서 상기 제 2 압전 진동판과 연결되어 있고,
상기 제 1 및 제 2 압전 진동판은 직사각형이고,
상기 복수의 연결부재는 상기 제 1 압전 진동판과 상기 제 2 압전 진동판의 각각의 상기 기판의 단변(短邊) 또는 귀퉁이 위치에서 접착되어, 상기 제 1 압전 진동판과 상기 제 2 압전 진동판을 연결하는 것을 특징으로 하는 압전형 음향 변환기. - 제 1 항에 있어서,
상기 압전 소자는 상기 기판의 표면에 형성된 프린트 배선과 평판의 전극으로, 압전재를 끼운 구조인 것을 특징으로 하는 압전형 음향 변환기. - 제 2 항에 있어서,
상기 압전재는 단결정 압전체, 세라믹 압전체, 또는 고분자 압전체 중 하나인 것을 특징으로 하는 압전형 음향 변환기. - 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 압전 진동판은 상기 복수의 연결 부재의 내부 또는 외부에 설치된 도통부를 통하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압전형 음향 변환기. - 제 4 항에 있어서,
상기 복수의 연결 부재의 외부에 설치된 도통부는 상기 압전 진동판이 구비하는 프린트 배선이 표면에 형성된 기판과 일체 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 압전형 음향 변환기. - 삭제
- 삭제
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- 삭제
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