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KR101594827B1 - 압전 소자, 압전 진동 모듈 및 이들의 제조방법 - Google Patents

압전 소자, 압전 진동 모듈 및 이들의 제조방법 Download PDF

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KR101594827B1
KR101594827B1 KR1020147027903A KR20147027903A KR101594827B1 KR 101594827 B1 KR101594827 B1 KR 101594827B1 KR 1020147027903 A KR1020147027903 A KR 1020147027903A KR 20147027903 A KR20147027903 A KR 20147027903A KR 101594827 B1 KR101594827 B1 KR 101594827B1
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타케시 미즈노
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노리아키 이케자와
카츠노리 쿠마사카
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Abstract

본 발명은 전기 접속이 용이한 배선 전극의 패턴 구조를 구비한 압전 소자를 제공하는 것이다.
압전 소자(1)와, 상기 압전 소자(1)에 접속되어 외부로 인출된 배선 부재(4)와, 상기 압전 소자(1)의 일면에 부착되는 탄성판(2)을 구비하며, 상기 탄성판(2)은, 실리콘 고무에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.

Description

압전 소자, 압전 진동 모듈 및 이들의 제조방법{PIEZOELECTRIC ELEMENT, PIEZOELECTRIC VIBRATION MODULE, AND MANUFACTURING METHOD OF THESE}
본 발명은, 압전 소자를 탑재한 압전 진동 모듈에 관한 것으로서, 자세하게는, 휴대단말, 터치 패널 전반(全般), 게임 콘트롤러, 게임기 등에 이용되는 패널 음향용 압전 진동 모듈에 관한 것이다.
종래, 휴대전화 등에 이용되는 압전 스피커 등의 압전 음향 모듈은, 음성 신호의 확성(擴聲)을 목적으로 하여, 압전 소자는 큰 진폭으로 진동하기 때문에, 기계적 컴플라이언스(compliance)가 큰 재료에 의해 지지되고 있었다. 이러한 구조의 과제로서, 수밀성(水密性)을 유지하기 위하여 몰딩이 행해지고 있으나, 몰딩한 경우에는, 온도 특성이 불량하였다. 특히, 폴리우레탄 등의 가요성(可撓性)이 높은 재료를 이용하여 몰딩한 경우, 저온에서는 가요성 재료가 딱딱해지기 때문에 몰드체로서의 공진 주파수는 상승한다. 한편, 고온에서는 가요성 재료가 부드러워지기 때문에, 몰드체로서 공진 주파수는 하강하여, 결과적으로 공진 주파수의 온도 의존성이 높아 실제 사용으로서는 곤란하였다.
특허 문헌 1에는, 놋쇠(眞鍮)제의 금형을 이용하여 바이몰프(bimorph) 소자의 전면(全面)에 실리콘 고무 용액을 흘려 넣고, 경화(硬化) 처리에 의해 두께 방향 2면에 두께 2 ㎜, 폭 방향으로 두께 1 ㎜의 고무 피막(皮膜)이 덮는 구조로 함으로써, 온도 의존성을 개선한 음향 진동 발생 소자가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 공보 제2007－228610호
그러나, 특허 문헌 1의 바이몰프 소자에 있어서, 내(耐)충격성의 완화와 온도 의존성을 개선하기 위해, 실리콘 고무로 몰딩하였으나, 실리콘 고무 용액을 열 경화시키는 경우에는 열경화 온도 70~250℃에 의해, 바이몰프 소자의 분극(分極)이 상실되어, 바이몰프 소자가 기능하지 않게 된다.
또, 특허 문헌 1의 바이몰프 소자에 있어서, 분극 처리를 행한 후, 금형 내에 흘려 넣는 실리콘 고무 용액으로서, 습도 경화 타입을 사용하면, 경화까지 시간이 과도하게 소요된다.
또한, 특허 문헌 1과 같은, 적층 구조를 갖는 바이몰프 소자의 각각의 전극층은, 각 층의 전극층을 접속하기 위해 전극층 1층에 대해, 서로 절연된 복수개의 전극부를 갖는 패턴을 형성해야 하였다. 이 때문에, 바이몰프 소자를 구동하기 위해, 각 전극부에 통전(通電)하도록, 복수 개소(個所)에 배선 케이블로부터의 각 배선을 납땜 등의 땜납 접합(brazing and soldering) 등에 의해 접속하지 않으면 안되어, 작업이 복잡하며, 이러한 배선을 설치한 상태로 몰딩하는 등의 경우에, 바이몰프 소자의 진동을 구속하게 되어, 특성에 악영향을 미쳤다.
이에, 본 발명의 하나의 기술적 과제는, 전기 접속이 용이한 배선 전극의 패턴 구조를 구비한 압전 소자를 제공하는 데에 있다.
또, 본 발명의 또 하나의 기술적 과제는, 압전 소자의 수밀성을 갖는 동시에, 온도 변화의 영향을 받기 어렵고, 뛰어난 변위 전파 특성을 구비한 압전 진동 모듈과 여기에 이용하는 압전 소자를 제공하는 데에 있다.
또, 본 발명의 또 하나의 기술적 과제는, 표면 실장(實裝)이 용이한 압전 진동 모듈과 여기에 이용하는 압전 소자를 제공하는 데에 있다.
또, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 음압(音壓)을 증가시킬 수 있으며, 피(被)부착 부재와의 공진이나, 진동을 소거할 수 있는 음압 조정 수단을 갖는 압전 진동 모듈과 여기에 이용하는 압전 소자를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 압전 소자와, 상기 압전 소자에 접속되어 외부로 인출된 배선 부재와, 상기 압전 소자의 일면(一面)에 부착되는 탄성판을 구비하고, 상기 탄성판은, 실리콘 고무에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈이 얻어진다.
또, 본 발명의 제 2 양태에 의하면, 상기 압전 진동 모듈의 상기 탄성판을 진동판에 부착한 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환 장치가 얻어진다.
또, 본 발명의 제 3 양태에 의하면, 압전체층과 전극층을 교대로 적층한 적층체와, 상기 적층체의 적층 방향인 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향의 양단면 또는 양측면에 설치된 제 1 및 제 2 측면 전극을 가지며, 상기 전극층은, 제 1 전극부와, 상기 제 1 전극부와 서로 전기적으로 분리된 제 2 전극부를 가지며, 상기 제 1 측면 전극은, 상기 제 1 및 제 2 방향과 교차하는 제 3 방향으로 나란한 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 가지고, 상기 전극층의 제 1 전극부는, 상기 제 1 외부 전극에 접속되며, 상기 전극층의 제 2 전극부의 상기 제 2 방향의 일단은, 상기 제 2 외부 전극에 접속되고, 상기 제 1 방향의 양단의 전극층의 상기 제 2 전극부의 상기 제 2 방향의 타단은, 상기 제 2 측면 전극에 접속되며, 상기 제 1 방향의 양단의 전극층의 상기 제 2 전극부는, 구동 외부 전극으로 하고, 상기 제 1 방향의 양단 사이의 중간부 전극층의 상기 제 1 전극은, 구동 내부 전극으로 하여, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부의 사이에 구동 전압을 인가할 수 있도록, 상기 각 전극층 및 제 1 및 제 2 측면 전극이 전기 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 소자가 얻어진다.
또, 본 발명의 제 4 양태에 의하면, 서로 절연된 3개의 전극을 구비한 제 1 압전체를 준비하는 공정과, 서로 절연된 2개의 전극을 구비한 제 2 압전체를 준비하는 공정과, 서로 절연된 3개의 전극을 구비한 적어도 하나의 제 3 압전체를 준비하는 공정과, 상기 제 1 및 제 2 압전체의 사이에, 상기 제 3 압전체를 끼워 적층하며, 상기 제 1 및 제 3 압전체의 3개의 전극을 서로 전기적으로 접속하는 동시에, 상기 제 1 및 제 3 압전체의 서로 전기 접속된 3개의 전극 중의 2개와 상기 제 2 압전체의 2개의 전극이 서로 전기적으로 접속된 적층체를 구성하는 공정과,
상기 제 1 압전체에 설치된 3개의 전극을 이용하여, 상기 제 1 및 상기 제 2 압전체를 분극하는 공정과, 상기 제 1 압전체의 3개의 전극 중, 하나의 전극을 다른 하나의 전극과 전기적으로 접속하는 동시에, 서로 전기적으로 절연된 2개의 소자용 전극을 형성하는 공정과, 상기 제 1 압전체의 2개의 소자용 전극에 전기적으로 접속되는 도체 패턴을 구비한 단자를 접속하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법이 얻어진다.
또, 본 발명의 제 5 양태에 의하면, 상기 압전 소자의 제조 방법에 따라 제조된 압전 소자의 상기 소자용 전극에, 플랙시블(flexible) 배선 기판을 접속하고, 상기 소자용 전극이 형성된 표면 이외의 표면에 진동판을 부착하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈의 제조 방법이 얻어진다.
또, 본 발명의 제 6 양태에 의하면, 상기 압전 진동 모듈의 제조 방법에, 또한, 상기 압전 소자를 상기 플랙시블 배선 기판의 접속부를 포함하여, 하우징 부재로 덮는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환 장치의 제조 방법이 얻어진다.
본 발명의 제 7 양태에 의하면, 압전 소자와, 상기 압전 소자에 접속되어 외부로 인출된 배선 부재와, 상기 압전 소자의 일면에 부착되는 탄성판과, 상기 압전 소자 및 상기 배선 부재의 상기 압전 소자와의 접속 부분을 덮도록 설치된 하우징 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈이 얻어진다.
본 발명의 제 7 양태의 상기 압전 진동 모듈에 있어서, 상기 압전 소자의 상기 탄성판이 부착된 상기 일면에 대향하는 타면에 설치된 전극 취출(取出)부를 가지며, 상기 배선 부재는, 상기 전극 취출부에 도전 접속된 플랙시블 배선 기판 및 탄성을 구비한 도전성 부재 중의 어느 것인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 제 7 양태에 있어서, 상기 압전 진동 모듈에 있어서, 상기 배선 부재는, 상기 플랙시블 배선 기판이며, 상기 플랙시블 배선 기판은, 상기 전극 취출부로부터, 상기 압전 소자의 상기 일면 또는 타면(他面)을 따르는 방향으로 상기 하우징 부재를 관통하여 상기 압전 소자의 길이 방향으로 인출되어 있는 것이 보다 바람직하고, 또, 상기 배선 부재는, 상기 도전성 부재이며, 상기 도전성 부재는, 상기 전극 취출부로부터, 상기 압전 소자의 타면에 교차하는 방향으로 상기 하우징 부재를 관통하여 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 제 8 양태에 의하면, 상기 압전 진동 모듈과, 구동 회로 기판과 케이스(筐體)를 구비하며, 상기 케이스는, 상기 압전 진동 모듈을 통해 상기 도전성 부재를 상기 구동 회로 기판에 압접(壓接)하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환 장치가 얻어진다.
또, 본 발명의 제 9 양태에 의하면, 상기 압전 진동 모듈을 케이스 내에 수용하여 실장하는 실장 방법으로서, 상기 배선 부재는, 상기 하우징 부재를 관통하여 외부로 돌출된 도전성 부재이며, 상기 케이스는, 상기 압전 진동 모듈의 상기 도전성 부재의 돌출단(端)을 구동 회로 기판에 압접(壓接)하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈의 실장 방법이 얻어진다.
또, 본 발명의 제 10 양태에 의하면, 복수의 압전 소자부를 제 1 방향으로 적층한 적층체를 가지며, 상기 각 압전 소자부는, 압전체층과, 상기 각 압전체층 상에, 상기 제 1 방향에 대해 교차하는 제 2 방향으로 형성된 표면 전극층과, 상기 압전체층의 상기 제 2 방향 단부(端部)에 형성되며, 상기 표면 전극층에 접속된 제 1 및 제 2 인출 전극을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 인출 전극은, 상기 표면 전극층으로부터 상기 적층체에 있어서의 상기 각 압전 소자부의 적층 위치에 따른 상기 각 압전체층의 상기 측부로 인출되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 소자가 얻어진다.
또, 본 발명의 제 11 양태에 의하면, 압전체층, 표면 전극층, 및 단부에 형성된 단부 전극층을 가지며, 서로 다른 단부 전극층을 갖는 복수의 압전 소자부를 준비하는 공정과, 상기 복수의 압전 소자부를 제 1 방향으로 순차적으로 적층함으로써 구성된 적층체를 형성하는 공정을 구비하며, 상기 적층체를 형성하는 공정에서는, 각 압전체 소자부의 상기 단부 전극층이, 상기 적층체에 있어서의 상기 각 압전 소자부의 적층 위치에 따른 상기 단부 측으로 인출되도록, 적층되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법이 얻어진다.
또, 본 발명의 제 12 양태에 의하면, 상기 어느 하나의 압전 소자의 제조 방법에, 또한 상기 압전 소자에 외부로 취출하기 위한 배선 부재를 접속하는 공정과, 상기 압전 소자의 일면에, 탄성판을 부착하는 공정과, 상기 압전 소자 및 상기 배선 부재의 상기 압전 소자와의 접속 부분을 덮는 하우징 부재를 설치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈의 제조 방법이 얻어진다.
본 발명에 의하면, 압전 소자를 실리콘 고무의 탄성판 및 하우징 부재로 덮었기 때문에, 내충격성은 물론, 온도 특성을 안정화하는 동시에, 실리콘 고무의 경도를 특정함으로써, 진동 변위를 향상시키고 효율적으로 진동을 전파할 수 있는 압전 진동 모듈을 제공할 수가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 압전 소자의 취출 단자의 전극 패턴을 일면(一面)에 집중시킴으로써, FPC 기판 등에서 배선 부재를 간략화할 수 있는 압전 진동 모듈을 제공할 수가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 배선 부재를 탄성을 갖는 도전성 부재로 함으로써, 실장이 용이한 압전 진동 모듈을 제공할 수가 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 음압 조정 수단을 설치함으로써, 음압을 증가시키고, 음압 분포를 조정하며, 또, 주파수 특성도 플랫(flat)화하는 등의 음압을 조정할 수 있는 압전 진동 모듈을 제공할 수가 있다.
도 1(a)는, 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 1(b)는, 도 1(a)의 1B－1B'선을 따른 단면도이다. 도 1(c)는, 도 1(a)의 1C－1C'선을 따른 단면도이다.
도 2는 도 1(a), 도 1(b), 및 도 1(c)의 압전 진동 모듈의 주요부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 3(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정의 설명에 제공되는 도면으로서 적층체의 사시도이다. 도 3(b)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정의 설명에 제공되는 도면으로서, 전극층의 전극 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 적층체의 양단에 측면 전극을 형성하는 공정을 나타내는 사시도이다. 도 4(b)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 적층체의 양단에 측면 전극을 형성하는 공정을 나타내는 사시도이다.
도 5(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 사시도이다. 도 5(b)는 본 발명의 실시 형태에 의한 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 평면도이다. 도 5(c)는, 본 발명의 실시 형태에 의한 제 1 측면 전극의 분극 전압의 극성을 나타내는 사시도이다. 도 5(d)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 소자에 구동 전압의 극성 패턴을 나타내는 사시도이다. 도 6(b)는 도 6(a)의 압전 소자의 전극층의 구동 전압의 극성 패턴을 나타내는 평면도이다. 도 6(c)는 도 6(a)의 압전 소자의 제 1 측면 전극의 구동 전압의 극성 패턴을 나타내는 사시도이다. 도 6(d)는 도 6(a)의 압전 소자의 구동 전압의 극성 패턴 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 7(a)는 압전 소자에 FPC 기판을 부착하는 공정을 나타내는 사시도로서, 부착 전의 상태를 나타내고 있다. 도 7(b)는 압전 소자에 FPC 기판을 부착하는 공정을 나타내는 사시도로서, 부착 후의 상태를 나타내고 있다.
도 8(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 소자의 변형예를 나타내는 사시도이다. 도 8(b)는 도 8(a)의 압전 소자의 전극층을 나타내는 평면도이다.
도 9(a)는 본 발명의 실시예 1에 의한 압전 진동 모듈의 변위의 온도 특성을 나타내는 도면이다. 도 9(b)는 본 발명의 실시예 1에 의한 압전 진동 모듈의 변위 변화율의 온도 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 관한 압전 진동 모듈의 실리콘 고무의 경도(硬度)에 따른 온도 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 3에 관한 압전 진동 모듈의 경도 70을 갖는 실리콘 고무의 두께와 변위간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 실장 방법을 나타내는 단면도이다.
도 13(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 13(b)는 도 13(a)의 13B－13B'선을 따른 단면도이다. 도 13(c)는 도 13(a)의 13C－13C'선을 따른 단면도이다. 도 13(d)는, 압전 소자의 도전성 부재(25)에 대한 접속 상태를 나타내는 평면도이다.
도 14(a)는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로서, 압전 소자를 구성하는 적층체를 나타내는 사시도이다. 도 14(b)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로서, 적층체의 평면 전극층의 전극 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 15(a)는 도 13(a), 도 13(b), 도 13(c)에 나타내는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 평면도이다. 도 15(b)는 도 15(a)의 압전 소자의 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도 15(a)의 15B-15B'선을 따른 단면도이다. 도 15(c)는 도 15(a)의 압전 소자의 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도 15(a)의 15C-15C'선을 따른 단면도이다.
도 16(a)는 도 15(a) 및 도 15(b)에 나타내는 압전 소자에 구동 전압의 극성 패턴의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도 16(b)는 압전 소자의 전극층의 구동 전압의 극성 패턴의 다른 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 17(a)는, 다른 예에 관한 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 평면도이다. 도 17(b)는 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도 17(a)의 17B－17B'선을 따른 단면도이다. 도 17(c)는 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도 17(a)의 17C－17C'선을 따른 단면도이다.
도 18(a) 및 도 18(b)는 도 17(a)에 나타내는 압전 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 극성 패턴의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도 18(c) 및 도 18(d)는, 압전 소자의 평면 전극층의 구동 전압의 극성 패턴의 다른 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 4에 관한 압전체층의 적층 매수(16층)를 구비한 압전 소자와, 비교예에 관한 압전체층(15매 적층)을 구비한 압전 소자의 음압의 주파수 특성을 나타내고 있다.
도 20(a)는, 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 변형예를 나타내는 사시도이다. 도 20(b)는 도 20(a)의 20B－20B'선을 따른 단면도이다. 도 20(c)는 도 20(a)의 20C－20C'선을 따른 단면도이다. 도 20(d)는 도전성 부재의 접속 상태를 나타내는 평면도이다.
도 21(a)는 도 13(a), 도 13(b) 및 도 13(c)에 나타낸 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 상태를 나타내는 단면도이다. 도 21(b)는 도 20(a)의 제 2 실시 형태의 변형예에 관한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 상태를 나타내는 단면도이다.
도 22(a)는 도 21(a)의 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 방법을 나타내는 단면도이다. 도 22(b)는, 도 22(a)의 제 2 실시 형태의 변형예에 관한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 방법을 나타내는 단면도이다.
도 23(a)는 본 발명의 제 3 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 23(b)는, 도 23(a)의 압전 진동 모듈의 23B－23B'선을 따른 단면도이다. 도 23(c)는, 도 23(a)의 압전 진동 모듈의 23C－23C'선을 따른 단면도이다. 도 23(d)는, 도 23(a)의 제 3 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 변형예에 관한 압전 진동 모듈의 도 23(c)와 같은 위치인 23C－23C'선을 따른 단면도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 4에 관한 압전 진동 모듈의 하우징 부재에 대한 복합화재(複合化材)의 효과를 나타내는 도면이다.
도 25(a)는 본 발명의 제 4 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 25(b)는, 도 25(a)의 압전 진동 모듈의 25B－25B'선을 따른 단면도이다. 도 25(c)는, 도 25(a)의 압전 진동 모듈의 25C－25C'선을 따른 단면도이다.
도 26(a)는 본 발명의 실시예 5에 관한 압전 진동 모듈의 돌기부의 진동 분포(수평 분포)에 대한 작용 효과를 나타내는 평면도이다. 도 26(b)는 본 발명의 실시예 5에 관한 압전 진동 모듈의 돌기부의 진동 분포(수직 분포)에 대한 작용 효과를 나타내는 정면도이다.
도 27(a)는 종래예에 관한 압전 진동 모듈의 작용 효과를 나타내는 평면도이다. 도 27(b)는 종래예에 관한 압전 진동 모듈의 작용 효과를 나타내는 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1(a)는 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도, 도 1(b)는 도 1(a)의 1B－1B'선을 따른 단면도, 도 1(c)는 도 1(a)의 1C－1C'선을 따른 단면도이다. 도 2는 도 1(a), 도 1(b), 및 도 1(c)의 압전 진동 모듈의 주요부를 나타내는 부분 사시도이다. 도 2에 있어서, 하우징 부재(3)는 삭제되어 있다.
도 1(a), 도 1(b) 및 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 압전 진동 모듈(10)은, 직사각형상의 압전 소자(1)와, 압전 소자(1)의 일 표면에 접속된 인출용의 배선 부재(4)로서의 플랙시블 배선(FPC) 기판(이하, 같은 참조 부호 4로 나타냄)과, 상기 압전 소자(1)의 다른 표면을 접착제(5)를 통해 부착한 탄성판(2)과, 탄성판(2)과 함께 압전 소자를 덮는 하우징 부재(3)를 가지고 있다.
도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)는, 직사각형상의 압전 세라믹스 판으로 이루어지는 압전체층(21, 22, 23)과 도전체 막으로 이루어지는 평면 전극층(11, 12, 13, 14)을 교대로 적층하고, 적층 방향(제 1 방향)에 교차하는 제 2 방향의 양단면에 제 1 및 제 2 측면 전극(15, 16)을 각각 형성하여 이루어진다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서, 압전체층(21, 22, 23)으로서, PZT계 재료의 압전 세라믹 판을 이용하고 있지만, 압전 효과를 갖는 재료이면, 어떠한 재료여도 됨은 물론이다.
탄성판(2)은, 온도 안정 특성의 향상, 및 진동 변위의 향상을 도모하기 위하여, JIS K 623으로 나타내는 듀로미터(Duromiter) 경도가 30－130이며, 진동 변위의 상승과 낙하 충격 내구성의 양립을 위하여, 두께 0.1~0.9 ㎜의 실리콘 고무로 이루어진다.
배선 부재(4)로서의 플랙시블 배선 기판(FPC 기판; 4)은, 압전 소자(1)의 일 표면의 단부 부근에 설치되어 있다.
이후에 상세하게 설명하는 도 7(a)에 가장 잘 나타내는 바와 같이, FPC 기판(4)은, 플랙시블 기재(基材; 4c)의 일 표면(도면에서는 이면(裏面))의 길이 방향 양측에 서로 평행하게 도체 패턴(4a, 4b)이 형성되어 있다.
도 2를 다시 참조하면, 탄성판(2)은, 압전 소자(1)의 FPC 기판(4)이 설치되어 있는 표면과 대향하는 반대측의 표면에, 상온(常溫) 경화형 접착제 혹은 실리콘계 양면 테이프와 같은 접착재(5)를 통해 부착되어 있다. 상기 접착재(5)의 경도는, 탄성판(2)과 동일하거나, 혹은 탄성판(2)보다 부드러운 것이 바람직하다.
탄성판(2)은, 도시된 예에 있어서는, 터치 패널의 진동판(6)에 부착하여 사용되고 있지만, 스마트 폰 등의 스피커로서의 사용이나, 가청역(可聽域) 외에, 바이브레이터 등의 저주파의 진동 발생도 가능하다.
다음으로, 도 3 내지 도 7을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 제조 공정에 대해 설명한다.
도 3(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로서, 압전 소자를 구성하는 적층체의 사시도를 나타내고, 도 3(b)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로서, 적층체의 평면 전극층의 전극 패턴을 나타내고 있다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향의 일단의 바닥부 평면 전극층(11) 상에, 압전체층(21), 제 1 중간부 평면 전극층(12), 압전체층(22), 제 2 중간부 평면 전극층(13), 압전체층(23), 제 1 방향의 타단의 최상부 평면 전극층(14)을 상기 순서로 적층하여 이루어진다. 각 압전체층은, 양면에 위치하는 평면 전극층과 함께, 하나의 압전 진동부를 구성하고 있다.
바닥부 평면 전극층(11)은, 직사각형의 전극막을 절연부(11c)로 전기적으로 분리함으로써 형성되어 있다. 절연부(11c)는, 일단측의 윗변으로부터 일단변(一端邊)을 따라 하방으로 연장되고, 일단변의 중앙부 측으로부터 우측을 향해 연장되며, 또한 하방으로 절곡(折曲)되어 바닥변(低邊)에 도달하도록, 형성되어 있다. 상기 절연부(11c)에 의해, 하측의 코너부 부근이, 사각형으로 남겨져 제 1 전극부(11a)를 형성하고 있다. 절연부(11c)에 의해, 제 1 전극부(11a)로부터 전기적으로 분리된 나머지의 전극막으로 이루어지는 제 2 전극부(11b)가 형성되어 있다. 상기 제 2 전극부(11b)는, 구동 시에, 접속 전극막(11d)(도 6(b))이 추가되어, 이하에 설명하는 최상부 평면 전극층(14)과 같이, 제 2 전극부(14b) 및 제 2 전극의 우측 단부(14b)가, 접속 전극막(14e)과 접속된 것과 실질적으로 같은 구조가 된다.
제 1 중간부 평면 전극층(12)은, 직사각형의 전극막을 2개의 절연부(12c, 12d)에 의해 전기적으로 분리함으로써 형성되어 있다. 절연부(12c)는, 일단변의 중앙으로부터, 우측으로 연장되며, 또한 상방으로 절곡되어 윗변에 도달하도록 전극막을 분리하여, 전극막의 상측의 코너부 부근이 사각형으로 남겨져 제 2 전극부(12b)를 형성하고 있다. 또, 절연부(12c)에 의해, 전극막은, 제 2 전극부(12b)와는 서로 전기적으로 분리된 제 1 전극부(12a)를 형성하고 있다. 또, 제 1 전극부(12a)에 대하여, 세로 방향으로 관통하여 형성된 절연부(12d)에 의해, 제 1 전극부(12a)와 제 2 전극부의 우측 단부(제 2 전극부와 같은 참조 부호로 나타냄; 12b)가 전기적으로 분리 형성되어 있다.
제 2 중간부 평면 전극층(13)은, 제 1 중간부 평면 전극층과 마찬가지로, 전극막을 절연부(13c)를 통해 전기적으로 분리함으로써, 좌방 상측의 제 2 전극부(13b) 및 L자 형상의 제 1 전극부(13a)가 형성되어 있다. 제 1 전극부(13a)의 우단(右端)과 제 2 전극부의 우측 단부(제 2 전극부와 같은 참조 부호로 나타냄; 13b)는, 세로로 가늘고 긴 절연부(13d)에 의해, 전기적으로 분리 형성되어 있다.
최상부 평면 전극층(14)은, 직사각형의 전극막을 절연부(14c, 14d)를 통해 전기적으로 분리함으로써 형성되어 있다. 절연부(14c)는, 일단변의 중앙부 측으로부터 우측을 향해 연장되며, 또한 하방으로 절곡되어 바닥변에 도달함으로써, 전극막의 하측의 코너부 부근이, 사각형으로 남겨져 제 1 전극부(14a)를 형성하고 있다. 또, 절연부(14c)에 의해, 제 1 전극부(14a)로부터 서로 전기적으로 분리된 제 2 전극부(14b)가 형성되어 있다. 제 2 전극부(14b)의 우단과 제 2 전극부의 우측 단부(제 2 전극부와 같은 참조 부호로 나타냄; 14b)는, 세로로 가늘고 긴 절연부(14d)에 의해, 전기적으로 분리 형성되어 있다.
적층체(20)의 형성 시에, 바닥부 평면 전극층(11)의 이면측과, 최상부 평면 전극층(14)의 표면측이 노출된다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 적층체의 양단에 측면 전극을 형성하는 공정을 나타내는 사시도이다.
도 4(a) 및 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 적층체(20)의 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향(길이 방향)의 일단면의 일측에, 도전막으로 이루어지는 제 1 외부 전극(15a)을, 타측에 제 2 외부 전극(15b)을, 절연부(15c)를 통해 제 1 및 제 2 방향에 교차하는 제 3 방향(적층체의 폭 방향)으로 병설(竝設)한 제 1 측면 전극(15)이 형성되어 있다.
한편, 적층체(20)의 타단면에는, 전면(全面)을 덮도록 도전막으로 이루어지는 제 2 측면 전극(16)을 형성한다.
제 1 측면 전극(15)의 제 1 외부 전극(15a)에 의해, 각 평면 전극층(11, 12, 13, 14)의 제 1 전극부(11a, 12a, 13a, 14a)는, 각각의 일단부를 통해 전기 접속되고, 제 2 외부 전극(15b)에 의해, 제 2 전극부(12b, 13b, 14b)는, 각각의 단부(端部)를 통해 전기 접속된다.
제 2 측면 전극(16)에 의해, 제 2 전극부(11b)의 타단부 및 제 2 전극부의 우측 단부(12b, 13b, 14b)의 단부가 전기 접속된다.
도 5(a)는 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 사시도이고, 도 5(b)는 평면 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도면이며, 도 5(c)는 제 1 측면 전극의 분극 전압의 극성을 나타내는 도면이고, 도 5(d)는 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5(a) 내지 도 5(d)에 나타내는 바와 같이, 최상부의 제 2 전극부(14b)가 (－), 바닥부의 제 2 전극부(11b)가 (＋), 제 1 중간부 평면 전극층 및 제 2 중간부 평면 전극층의 제 1 전극부(12a, 13a)가 (GND)가 되도록, 분극 전압이 인가되어 최상층 및 바닥부 압전체층(23, 21)이, 화살표(31, 32)로 표시되는 제 1 방향을 따라 분극된다.
도 6(a)는 압전 소자에 직류 전압에 의한 극성 패턴을 나타내는 사시도, 도 6(b)는 도 6(a)의 압전 소자의 평면 전극층의 직류 전압의 극성 패턴을 나타내는 평면도, 도 6(c)는 도 6(a)의 압전 소자의 제 1 측면 전극(15)의 직류 전압의 극성 패턴을 나타내는 사시도, 및 도 6(d)는 압전 소자의 직류 전압의 극성 패턴 및 동작을 나타내는 단면도이다.
도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)의 적층체(20)의 최상부 평면 전극층의 제 2 전극부(14b), 제 2 전극부의 우측단부(14b)간의 절연부(14d) 상에 접속 전극막(14e)을 추가하여, 제 2 전극부(14b), 제 2 전극부의 우측단부(14b) 사이가 도전 접속되어 있다. 한편, 바닥부 평면 전극층의 제 2 전극부(11b)의 일단부측의 절연부(11c)도 접속 전극막(11d)을 추가함으로써, 바닥부 평면 전극층의 일단까지 도전 접속되어 있다.
도 6(a) 내지 도 6(d)에 나타내는 바와 같이, 직류 전압의 극성은, 최상부의 제 1 전극부(14a), 제 1 및 제 2 중간부의 제 1 전극부(12a, 13a), 바닥부의 제 2 전극부(11a) 및 제 1 외부 전극(15a)의 모두가 (＋)로 되어 있다.
또, 최상부의 제 2 전극부(14b), 제 1 및 제 2 중간부의 제 2 전극부(12b, 13b)와 이들과는 전기적으로 분리된 제 2 전극부의 우측 단부(12b, 13b), 바닥부의 제 2 전극부(11b), 및 제 2 외부 전극(15b)의 모두가 (－)로 되어 있다.
도 6(d)에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극부(12a, 13a)를 구동 내부 전극으로 하고, 제 2 전극부(11b, 14b)를 구동 외부 전극으로 하여, 도시하는 극성으로 구동 전압을 인가하면, 최상부 압전체층 및 바닥부 압전체층(23, 21)(도 5 참조)에 적층 방향(분극 방향)과, 분극 방향과 반대 방향으로 각각 전압이 인가되어, 최상부 압전체층(23)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해, 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향(압전판의 길이 방향)으로 신장하는 방향의 응력이 작용하여 신장하고(화살표 33), 바닥부 압전체층(21)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해 길이 방향을 따라 수축하는 방향으로 응력이 작용하여, 수축한다(화살표 34, 35).
한편, 상기 직류 전압의 극성을 반대로 하면, 최상부 압전체층(23)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해 제 2 방향(압전판의 길이 방향)을 따라 수축 방향으로 응력이 작용하여 수축하고, 바닥부 압전체층(21)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해 제 2 방향(압전판의 길이 방향)을 따라 신장하는 방향으로 응력이 작용하여, 신장한다.
따라서, 압전 소자(1)는, 교류 구동 전압을 인가함으로써, 굴곡 진동을 행하는 바이몰프 소자로서 기능한다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 압전 소자(1)에 FPC 기판을 부착하는 공정을 나타내는 사시도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)의 상면의 일단측의 제 1 전극부(14a) 및 제 2 전극부(14b)의 일단측 부분을 전극 취출(取出)부로서의 소자용 전극으로 하고, 이들 소자용 전극에 FPC 기판(4)의 이면(裏面)에 형성된 도체 패턴(4a, 4b)을 포개어 접촉시키는 것만으로 전기 접속이 가능해진다.
또한, 압전 소자(1)에 대한 FPC 기판의 부착은, 압전 소자(1)의 전극부와 FPC 기판(4)의 도체 패턴과의 접합을 납땜함으로써 행해지고 있으나, 도전성 접착제 등의 접착제에 의한 접합이나, 도전성 점착 테이프에 의한 접합 등도 이용할 수 있으며, 그 고정 방법으로 한정되는 것은 아니다.
도 8(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 소자의 변형예를 나타내는 사시도, 도 8(b)는 도 8(a)의 압전 소자의 평면 전극층을 나타내는 평면도이다.
도 8(a) 및 도 8(b)에 나타내는 변형예에 관한 압전 소자(30)는, 중간부 평면 전극층 및 압전체층이 도 3(a)에 나타내는 것보다 1장씩 적은 것 이외에는 같은 구조를 가지고 있다. 즉, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 적층 방향(제 1 방향) 일단의 바닥부 평면 전극층(11) 상에, 압전체층(21), 중간부 평면 전극층(12), 압전체층(22), 제 1 방향 타단에 최상부 평면 전극층(14)을 상기 순서로 적층하여 이루어진다. 즉, 압전체층(21, 22)을 각각 갖는 압전 소자부의 적층체로서 구성된다.
바닥부 평면 전극층(11)은, 1장의 전극막을 절연부(11c)로 분리함으로써 형성되어 있다. 절연부(11c)는, 전극막의 일단측의 가장자리로부부터 하방으로 이동하고, 일단변의 중앙부 측으로부터 우측을 향해 연장되며, 또한 하방으로 절곡되어 바닥변에 도달하도록 전극막을 분리하여, 하측의 코너부(角部) 부근이, 사각형으로 남겨져 제 1 전극부(11a)를 형성하고 있다. 절연부(11c)에 의해, 제 1 전극부(11a)로부터 서로 전기적으로 분리된 제 2 전극부(11b)가 형성되어 있다.
제 1 중간부 평면 전극층(12)은, 전극막을 절연부(12c, 12d)에 의해 서로 전기적으로 분리하고 있다. 절연부(12c)는, 전극막의 일단변의 중앙으로부터, 우측으로 연장되고, 또한 상방으로 절곡되어 윗변에 도달하도록 형성되며, 전극막의 상측의 코너부 부근이 사각형으로 남겨져 제 2 전극부(12b)를 형성하고 있다. 또, 절연부(12c)에 의해, 제 2 전극부(12b)로부터 서로 전기적으로 분리된 제 1 전극부(12a)가 형성되어 있다. 또, 제 1 전극부(12a)에 대하여, 세로 방향으로 관통하여 형성된 절연부(12d)에 의해, 제 1 전극부(12a)와 제 2 전극부의 우측 단부(제 2 전극부와 같은 참조 부호로 나타냄; 12b)가 형성되어 있다.
최상부 평면 전극층(14)은, 전극막이 절연부(14c, 14d)에 의해 전기적으로 분리된 3개의 전극부를 갖는다. 절연부(14c)는, 일단변의 중앙부 측으로부터 우측을 향해 연장되며, 또한 하방으로 절곡되어 바닥변에 도달하도록 전극막을 서로 분리하여, 하측의 코너부 부근이 사각형으로 남겨져 제 1 전극부(14a)를 형성하고 있다. 절연부(14c)에 의해, 제 1 전극부(14a)로부터 서로 전기적으로 분리된 제 2 전극부(14b)가 형성되어 있다. 제 2 전극부(14b)의 우단(右端)과 제 2 전극부의 우측 단부(제 2 전극부와 같은 참조 부호로 나타냄, 14b)는, 세로로 가늘고 긴 절연부(14d)에 의해, 전기적으로 분리 형성되어 있다.
적층체의 형성시에, 적층 방향의 바닥부 평면 전극층(11)의 이면측과, 최상부 평면 전극층(14)의 표면측이 노출된다.
적층체의 양단면에는, 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타내는 것과 마찬가지로, 제 1 측면 전극(15) 및 제 2 측면 전극(16)이 설치되어 있다.
제 1 측면 전극(15)의 제 1 외부 전극(15a)에 의해, 각 평면 전극층(11, 12, 14)의 제 1 전극부(11a, 12a, 14a)는, 각각의 일단부를 통해 접속되고, 제 2 외부 전극(15b)에 의해, 제 2 전극부(12b, 14b)는, 각각의 단부를 통해 전기 접속된다.
또, 제 2 측면 전극(16)에 의해, 제 2 전극부(11b)의 타단부 및 제 2 전극부의 우측 단부(12b, 14b)의 단부가 전기 접속되어 있다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 변형예에 관한 압전 소자(30)도, 도 5에 나타내는 것과 마찬가지로, 최상부 압전체층(22)을 갖는 압전 소자부, 바닥부 압전체층(21)이 같은 극성 패턴의 분극 전압이 인가되어, 압전체층의 제 1 방향(두께 방향)을 따라 분극된다.
또, 변형예에 관한 압전 소자(30)도, 도 6에 나타내는 바와 같이, 바닥부 평면 전극층(11) 및 최상부 평면 전극층(14)에 각각 접속 전극막(11d 및 14e)을 추가하여, 도 6에 나타내는 것과 같은 극성 패턴의 직류 전압을 인가함으로써, 최상부 압전체층(22)을 갖는 압전 소자부 및 바닥부 압전체층(21)을 갖는 압전 소자부에 적층 방향(분극 방향)과, 분극 방향에 대해 반대 방향으로 각각 전압이 인가되어, 최상부 압전체층(22)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해 제 2 방향(길이 방향)으로 신장하는 방향의 응력이 작용하여 신장하고, 바닥부 압전체층(21)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해 제 2 방향(길이 방향)을 따라 수축되는 방향으로 응력이 작용하여, 수축된다.
한편, 상기 직류 전압의 극성을 반대로 하면, 최상부 압전체층(22)의 압전 소자부는, 압전 효과에 의해, 제 2 방향(길이 방향)에 따라 수축 방향으로 응력이 작용하여 수축하고, 바닥부 압전체층(21)을 갖는 압전 소자부는, 압전 효과에 의해, 제 2 방향(길이 방향)을 따라 신장하는 방향으로 응력이 작용하여, 신장한다.
따라서, 압전 소자(30)는, 교류 구동 전압을 인가함으로써, 굴곡 진동을 행하는 바이몰프 소자로서 기능한다.
도 12는 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 실장 방법을 나타내는 단면도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 압전 진동 모듈(10)은, 그 단면(端面)으로부터 취출한 FPC 기판(4)을 구동 회로 기판(PWB; 50)에 탑재된 커넥터(24)에 꽂아 넣음으로써 PWB(50)에 실장된다.
도 13(a)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도, 도 13(b)는 도 13(a)의 13B－13B'선을 따른 단면도, 도 13(c)는 도 13(a)의 13C－13C'선을 따른 단면도, 도 13(d)는, 압전 소자(1)의 도전성 부재(25)에 대한 접속 상태를 나타내는 평면도이다.
도 13(a), 도 13(b), 및 도 13(c)에 나타내는 바와 같이, 압전 진동 모듈(10)은, 직사각형상의 압전 소자(1)와, 압전 소자(1)의 일 표면에 접속된 인출용의 배선 부재로서의 탄성을 갖는 도전성 부재(25)인, 압전 소자(1)의 두께 방향으로 도전성을 가지며, 압전 소자(1)의 면내(面內) 방향은 절연하는 이방성(異方性) 도전 고무(이하, 같은 참조 부호 25로 나타냄)와, 상기 압전 소자(1)의 다른 표면에 접착제(5)를 통해 부착한 탄성판(2)과, 탄성판(2)과 함께 압전 소자(1)를 덮는 하우징 부재(3)를 가지고 있다. 도전성 고무(25)는, 하우징 부재(3)를 관통하여, 압전 진동 모듈(10)의 일면 측으로 돌출되어 있다.
탄성판(2)은, 도 1에 나타낸 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 온도 안정 특성의 향상, 및 진동 변위의 향상을 도모하기 위하여, JIS K 623으로 나타내는 듀로미터 경도가 30－130이며, 진동 변위의 상승과 낙하 충격 내구성의 양립을 위하여, 두께 0.1~0.9 ㎜의 실리콘 고무로 이루어진다.
도전성 부재(25)로서의 도전성 고무(25)는, 압전 소자(1)의 일 표면의 단부 부근에 설치되어 있다.
탄성판(2)은, 압전 소자(1)의 도전성 부재(25)가 설치되어 있는 표면과 대향하는 반대측의 표면에, 상온 경화형 접착제 혹은 실리콘계 양면 테이프와 같은 접착재(5)를 통해 부착되어 있다. 상기 접착재(5)의 경도는, 탄성판(2)과 동일하거나, 혹은 탄성판(2)보다 부드러운 것이 바람직하다.
탄성판(2)은, 도 2에서 나타내는 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 터치 패널의 진동판(6)에 부착하여 사용되고 있으나, 스마트 폰 등의 스피커로서의 사용이나, 가청역 외에, 바이브레이터 등의 저주파의 진동 발생도 가능하다.
도 14(a)는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로서, 압전 소자를 구성하는 적층체의 사시도를 나타내고, 도 14(b)는 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈에 이용되는 압전 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로서, 적층체의 평면 전극층의 전극 패턴의 평면도를 나타내고 있다.
도 14(a) 및 도 14(b), 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)는, 직사각형상의 압전 세라믹스 판으로 이루어지는 압전체층(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48)과 도전체 막으로 이루어지는 평면 전극층(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59)을 교대로 적층하고, 적층 방향(제 1 방향)에 대해 교차하는 제 2 방향의 양단면에 제 1 및 제 2 측면 전극(61A, 61B 및 61A' 61B')을 각각 형성하여 이루어진다. 각각의 압전체층(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48)은 각각의 표면에 형성된 평면 전극층으로, 각각 압전 소자부를 구성하며, 각각의 압전 소자부가 제 1 방향으로 적층되어, 적층체(40)를 구성하고 있다.
즉, 적층체의 적층 방향인 제 1 방향의 일단의 바닥부 평면 전극층(51) 상에, 압전체층(41), 제 1 중간부 평면 전극층(52), 압전체층(42), 제 2 중간부 평면 전극층(53), 압전체층(43), 제 3 중간부 평면 전극층(54), 압전체층(44), 제 4 중간부 평면 전극층(55), 압전체층(45), 제 5 중간부 평면 전극층(56), 압전체층(46), 제 6 중간부 평면 전극층(57), 압전체층(47), 제 7 중간부 평면 전극층(58), 압전체층(48), 최상부 평면 전극층(59)을 상기 순서로 적층하여 이루어진다. 각각의 압전체층(41 내지 48)은 표리면에 각각 평면 전극층을 구비하여 각각 압전 소자부를 구성한다.
본 발명의 제 2 실시 형태에 있어서, 압전체층(41 내지 48)으로서, 제 1 실시 형태와 같은 PZT계 재료의 압전 세라믹 판을 이용하고 있지만, 압전 효과를 갖는 재료이면, 어떠한 재료여도 됨은 물론이다.
바닥부 평면 전극층(51)은, 압전체층(41)의 표면의 중앙부에 형성된 직사각형의 전극막과 그 일단 측과는 반대인 타단 측으로 인출된 제 2 인출 전극(51B')을 갖는다.
제 1 내지 제 7 중간부 평면 전극층(52 내지 58)은, 길이 방향(제 1 방향에 대해 교차하는 제 2 방향)의 단면에, 제 1 방향으로 진행함에 따라, 일단 및 타단에 번갈아 인출되도록 형성된 일단측의 제 1 인출 전극(52A, 54A, 56A, 58A) 및 타단측의 제 2 인출 전극(53A', 55A', 57A')을 갖는다.
최상부 평면 전극층(59)은, 전극부(같은 부호 59로 나타냄)와, 일단 측으로 인출된 제 1 인출 전극(59B)과, 이것과 전기적으로 절연되며 일단 측에 설치된 제 1 단자용 전극(59A)을 갖는다. 또, 타단 측에는, 전극부와 절연된 한 쌍의 제 2 단자용 전극(59A', 59B')을 갖는다.
중간부 평면 전극층의 제 1 인출 전극(52A, 54A, 56A, 58A)은, 제 1 측면 전극(61A)에 의해, 전기적으로 접속되어 있다. 또, 최상부의 제 1 단자용 전극(59A)은, 제 1 측면 전극(61A)과 전기 접속되어 있다. 또, 최상부의 제 1 인출 전극(59B)은, 제 1 측면 전극(61B)과 전기 접속되어 있다. 또, 최상부의 제 2 단자용 전극(59A') 및 중간부의 제 2 인출 전극(53A', 55A', 57A')은, 제 2 측면 전극(61A')에 의해, 전기적으로 접속되어 있다. 최상부의 제 2 단자용 전극(59B') 및 바닥부의 제 2 인출 전극(51B')은, 제 2 측면 전극(61B')에 의해, 전기적으로 접속되어 있다.
도 15(a)는 도 13(a), 도 13(b), 도 13(c)에 나타내는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 평면도이며, 도 15(b)는 도 15(a)의 압전 소자의 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도 15(a)의 15B-15B'선을 따른 단면도, 도 15(c)는 도 15(a)의 압전 소자의 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도 15(a)의 15C-15C'선을 따른 단면도이다.
도 15(a) 내지 도 15(c)에 나타내는 바와 같이, 최상부 평면 전극부(59)의 극성이 (－), 바닥부 평면 전극부(51) 및 적층 방향으로 하나 걸러의 평면 전극층(53, 55, 57)의 극성이 (＋), 적층 방향의 최하층보다 하나 위층인 평면 전극층(52)으로부터 하나 걸러의 평면 전극층(54, 56, 58)이 (GND)가 되도록, 분극 전압이 인가되어, 압전체층(41, 43, 45, 47, 48)을 갖는 압전 소자부가, 화살표(65a)로 나타내는 바와 같이, 압전체층(42, 44, 46)을 갖는 압전 소자부가, 화살표(65b)로 나타내는 제 1 방향을 따라 각각 분극된다.
도 16(a)는 도 15(a) 및 도 15(b)에 나타내는 압전 소자에 구동 전압의 극성 패턴의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도, 도 16(b)는 압전 소자의 평면 전극층의 구동 전압의 극성 패턴의 다른 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)는, 압전체층을 갖는 압전 소자부의 적층체의 최상부 평면 전극층의 제 2 단자용 전극(59A')과 전극부(59)를 접속 전극부(59C)를 추가하여, 제 2 측면 전극(61A')과 접속 전극부(59C)가 도전 접속되어 있다. 한편, 제 1 단자용 전극(59A)과 제 1 측면 전극(61A)이 도전 접속되어 있다.
도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 인가되는 직류 전압의 극성은, 최상부 평면 전극(59)으로부터 하나 걸러로 평면 전극층(57, 55, 53)을 (－), 최상부의 제 1 단자용 전극(59A), 및 최상부 평면 전극부(59)보다 하나 아래층인 평면 전극층(58) 및 평면 전극층(58)으로부터 하나 걸러의 평면 전극층(56, 54, 52)을 (＋)로 하고 있다.
도 16(a)에 나타내는 바와 같은 극성으로, 직류 전압을 인가하면, 도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 압전체층(42, 44, 46, 48)을 갖는 압전 소자부에 화살표(66c)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되고, 압전체층(43, 45, 47)을 갖는 압전 소자부에 화살표(66d)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되어, 최상부의 압전체층(48)을 갖는 압전 소자부만이 화살표(66a)로 나타내는 바와 같이, 제 2 방향으로 신장하며, 최상부의 압전체층(48) 및 바닥부 압전체층(41)을 갖는 압전 소자부를 제외한 나머지의 압전체층(42, 43, 44, 45, 46, 47)을 갖는 압전 소자부가 화살표(66b)로 나타내는 제 2 방향으로 수축한다. 또한, 바닥부 평면 전극층(51) 및 압전체층(41)은, 수축 진동에는 기여하지 않는다.
따라서, 도 16(a)에 나타내는 극성으로, 교류 구동 전압을 인가하면, 최상부의 압전체층(48)을 갖는 압전 소자부만이 제 2 방향으로 신장하고, 압전체층(42, 43, 44, 45, 46, 47, 48)을 갖는 압전 소자부는, 제 2 방향으로 신축 진동하며, 그 진동 방향은, 화살표(66a 및 66b)로 나타내는 바와 같이, 서로 반대 방향이므로, 합쳐져서 압전 소자(1)에 굴곡 진동이 발생한다.
도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)의 적층체의 최상부 평면 전극층의 제 2 단자용 전극(59A' 및 59B')과 전극부(59)를 접속 전극부(59C, 59C')를 추가하여, 제 2 측면 전극(61A' 및 61B')과 접속 전극부(59C, 59C')가 도전 접속되어 있다. 한편, 제 1 단자용 전극(59A), 제 1 인출 전극(59B)과 제 1 측면 전극(61A, 61B)이 도전 접속되어 있다.
도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 인가되는 전압의 극성을, 최상부 전극부(59)로부터 하나 걸러로 전극층(57, 55, 53), 및 바닥부 전극층(51)의 극성을 (－), 최상부의 제 1 단자용 전극(59A), 및 최상부 전극부(59)보다 하나 아래층인 전극부(58) 및 전극부(58)로부터 하나 걸러의 평면 전극층(56, 54, 52)을 (＋)로 하고 있다.
도 16(b)에 나타내는 바와 같은 극성으로, 직류 전압을 인가하면, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 압전체층(41, 43, 45, 47)을 갖는 압전 소자부에 각각 화살표(67c)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되고, 압전체층(42, 44, 46, 48)을 갖는 압전 소자부에 각각 화살표(67d)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되어, 최상부의 압전체층(48)을 포함하는 압전 소자부만이 화살표(67a)로 나타내는 바와 같이 제 2 방향으로 신장하며, 최상부의 압전체층(48)을 갖는 압전 소자부를 제외한 나머지의 압전체층(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47)을 갖는 압전 소자부가 화살표(67b)로 나타내는 제 2 방향으로 수축한다.
따라서, 도 16(b)에 나타내는 극성으로, 교류 구동 전압을 인가하면, 최상부의 압전체층(48)을 갖는 압전 소자부만이 제 2 방향으로 신축 진동하고, 압전체층(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48)을 갖는 압전 소자부는, 제 2 방향으로 신축 진동하며, 그 진동 방향은, 화살표(67a 및 67b)로 나타내는 바와 같이, 서로 반대 방향이기 때문에, 합쳐져서 압전 소자(1)에 굴곡 진동이 발생한다.
도 17(a)는, 다른 예에 관한 압전 소자의 분극 공정을 나타내는 평면도이고, 도 17(b)는 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도면으로서, 도 17(a)의 17B－17B'선을 따른 단면도, 도 17(c)는 전극층의 전극 패턴에 대한 분극 전압의 극성을 나타내는 도면으로서, 도 17(a)의 17C－17C'선을 따른 단면도이다.
도 17(a) 내지 도 17(c)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)는, 4층의 압전체층을 갖는 적층체를 가지며, 최상부 전극부(59)가 (－), 바닥부 전극부(51) 및 적층 방향으로 하나 걸러의 전극층(53)에 (＋), 적층 방향의 바닥부보다 하나 위층인 평면 전극층(52) 및 평면 전극층(52)으로부터 하나 걸러의 평면 전극층(54)이 (GND)가 되도록, 분극 전압이 인가되어 압전체층(41)과 압전체층(43, 44)이, 화살표(68a)로 나타내는 바와 같이 분극되고, 압전체층(42)이, 화살표(68b)로 나타내는 제 1 방향을 따라 분극된다.
도 18(a) 및 도 18(b)는 도 17(a)에 나타내는 압전 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 극성 패턴의 일례를 나타내는 평면도 및 단면도, 도 18(c) 및 도 18(d)는, 압전 소자의 평면 전극층의 구동 전압의 극성 패턴의 다른 일례를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(1)는, 압전체층의 적층체의 최상부 평면 전극층의 제 2 단자용 전극(59A')과 전극부(59)를 접속 전극부(59C)를 추가하여, 도전 접속하고 있다. 제 2 측면 전극(61A')과 제 2 단자용 전극(59A')이 도전 접속되어 있다. 한편, 제 1 단자용 전극(59A)과 제 1 측면 전극(61A)이 도전 접속되어 있다.
도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 인가되는 직류 전압의 극성은, 최상부 평면 전극층(59)으로부터 하나 걸러의 평면 전극층(53)을 (－), 최상부의 제 1 단자용 전극(59A), 및 최상부 평면 전극층(59)보다 하나 아래층인 평면 전극층(54) 및 평면 전극층(54)으로부터 하나 걸러의 평면 전극층(52)을 (＋)로 하고 있다.
도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내는 바와 같은 극성 패턴으로, 직류 전압을 인가하면, 도 18(b)에 나타내는 바와 같이, 압전체층(42, 44)을 갖는 압전 소자부에 화살표(69c)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되고, 압전체층(43)을 갖는 압전 소자부에 화살표(69d)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되어, 최상부의 압전체층(44)을 갖는 압전 소자부만이 화살표(69a)로 나타내는 바와 같이 제 2 방향으로 신장하고, 최상부 압전체층(44)을 갖는 압전 소자부 및 바닥부 압전체층(41)을 갖는 압전 소자부를 제외한 나머지의 압전체층(42, 43)을 갖는 압전 소자부가 화살표(69b)로 나타내는 바와 같이, 제 2 방향으로 수축한다. 또한, 바닥부 평면 전극층(51) 및 압전체층(41)을 갖는 압전 소자부는, 수축 진동에는 기여하지 않는다.
따라서, 도 18(a) 및 도 18(b)에 나타내는 바와 같은 극성 패턴으로, 교류 구동 전압을 인가하면, 최상부 압전체층(44)을 갖는 압전 소자부만이 제 2 방향으로 신축 진동하며, 최상부 압전체층을 갖는 압전 소자부 및 바닥부 압전체층(41)을 갖는 압전 소자부를 제외한 나머지의 압전체층(42, 43)을 갖는 압전 소자부가 제 2 방향으로 신축 진동하지만, 화살표(69a) 및 화살표(69b)로 나타내는 바와 같이, 서로 반대 방향으로 진동하기 때문에, 합성되어 압전 소자(1)는 굴곡 진동을 행한다.
도 18(c) 및 도 18(d)에 나타내는 바와 같이, 다른 일례에 관한 압전 소자(1)의 적층체의 최상부 평면 전극층의 제 2 단자용 전극(59A' 및 59B')과 평면 전극부(59)를 접속 전극부(59C, 59C')를 각각 추가하여, 제 2 측면 전극(61A' 및 61B')은, 제 2 단자용 전극(59A'및 59B'), 및 접속 전극부(59C, 59C')를 통해, 평면 전극부(59)와 도전 접속되어 있다. 한편, 제 1 단자용 전극(59A), 제 1 인출 전극(59B)과 제 1 측면 전극(61A, 61B)이 도전 접속되어 있다.
도 18(c) 및 도 18(d)에 나타내는 바와 같이, 인가되는 직류 전압의 극성 패턴은, 최상부 평면 전극부(59)로부터 하나 걸러로 평면 전극층(53), 바닥부 평면 전극층(51)의 극성을 (－), 최상부의 제 1 단자용 전극(59A), 및 최상부 평면 전극부(59)보다 하나 아래층인 평면 전극층(54) 및 평면 전극층(54)으로부터 하나 걸러의 평면 전극층(52)을 (＋)로 하고 있다.
도 18(c) 및 도 18(d)에 나타내는 바와 같은 극성으로, 직류를 인가하면, 도 18(d)에 나타내는 바와 같이, 압전체층(42, 44)을 갖는 압전 소자부에 화살표(70c)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되고, 압전체층(41, 43)을 갖는 압전 소자부에 화살표(70d)로 나타내는 방향으로 전압이 인가되어, 최상부의 압전체층(44)만이 화살표(70a)로 나타내는 제 2 방향으로 신장하며, 최상부의 압전체층(44)을 제외한 나머지의 압전체층(41, 42, 43)이 화살표(70b)로 나타내는 제 2 방향으로 수축한다.
따라서, 도 18(c) 및 도 18(d)에 나타내는 바와 같은 극성으로, 교류 구동 전압을 인가하면, 최상부의 압전체층(44)을 갖는 압전 소자부만이 제 2 방향으로 신축 진동하고, 최상부 압전체층을 갖는 압전 소자부를 제외한 나머지의 압전체층(41, 42, 43)을 갖는 압전 소자부가 제 2 방향으로 신축 진동하지만, 화살표(70a) 및 화살표(70b)로 나타내는 바와 같이, 서로 반대 방향으로 진동하기 때문에, 합성되어 압전 소자는 굴곡 진동을 행한다.
도 20(a)는, 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 변형예를 나타내는 사시도, 도 20(b)는 도 20(a)의 20B－20B'선을 따른 단면도, 도 20(c)는 도 20(a)의 20C－20C'선을 따른 단면도, 도 20(d)는 도전성 부재의 접속 상태를 나타내는 평면도이다.
도 20(a), 도 20(b), 도 20(c) 및 도 20(d)를 참조하면, 제 2 실시 형태의 변형예에 관한 압전 진동 모듈은, 제 2 실시 형태에 의한 것과는, 탄성을 갖는 도전성 부재(25)의 개수가 다르다. 즉, 변형예에 관한 압전 진동 모듈(10)은, 압전 소자(1)의 최상부 평면 전극층의 제 2 방향의 일단측의 도전성 부재(25)에 더욱이, 제 2 방향의 타단에 제 2 단자용 전극(59A', 59B')에 걸쳐 설치된 도전성 부재(25)와 같은 도전성 고무로 이루어지는 도전성 부재(26)를 가지고 있다.
도 21(a)는 도 13(a), 도 13(b) 및 도 13(c)에 나타낸 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 상태를 나타내는 단면도, 도 21(b)는 도 20(a)의 제 2 실시 형태의 변형예에 관한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 상태를 나타내는 단면도이다.
도 21(a) 및 도 21(b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태 및 변형예에 관한 압전 진동 모듈(10)은, 도전성 고무로 이루어지는 도전성 부재(25, 26)의 돌출부를 통해, 구동 회로 기판(50)에 실장된다.
도 22(a)는 도 21(a)의 제 2 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 방법을 나타내는 단면도, 도 22(b)는, 도 21(b)의 제 2 실시 형태의 변형예에 관한 압전 진동 모듈의 구동 회로 기판에 대한 실장 방법을 나타내는 단면도이다.
도 22(a) 및 도 22(b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태 및 그 변형예에 관한 압전 진동 모듈(10)은, 케이스(75)에 의해 화살표(73 및 74)로 나타내는 바와 같이, 압력을 가하여, 각각 도전성 고무로 이루어지는 도전성 부재(25, 26)의 돌출부를 10－50% 밀어 넣음으로써, 구동 회로 기판(50)에 전기 접속되어, 케이스(75) 내에 수용되어 실장된다.
도 23(a)는 본 발명의 제 3 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도, 도 23(b)는, 도 23(a)의 압전 진동 모듈의 23B－23B'선을 따른 단면도, 도 23(c)는, 도 23(a)의 압전 진동 모듈의 23C－23C'선을 따른 단면도, 도 23(d)는, 도 23(a)의 제 3 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 변형예에 관한 압전 진동 모듈의 도 23(c)와 같은 위치인 23C－23C'선을 따른 단면도이다.
도 23(a), 도 23(b), 및 도 23(c)에 나타내는 제 3 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈은, 도 1(a), 도 1(b), 및 도 1(c)에 나타내는 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈과는, 음압 조정 수단이 설치되어 있다는 점에서 다르다.
즉, 도 23(a), 도 23(b), 및 도 23(c)에 나타내는 바와 같이, 압전 진동 모듈(10)은, 직사각형상의 압전 소자(1)와, 압전 소자(1)의 일 표면에 접속된 인출용의 배선 부재(4)로서의 플랙시블 배선(FPC) 기판(4)과, 상기 압전 소자(1)의 다른 표면에 접착제(5)를 통해 부착한 탄성판(2)과, 탄성판(2)과 함께 압전 소자를 덮는 하우징 부재(3)를 가지고 있다.
압전 소자(1)는, 도 2, 도 3에 나타내는 것과 마찬가지로, 직사각형상의 압전 세라믹스 판으로 이루어지는 압전체층(21, 22 및 23)과 도전체 막으로 이루어지는 전극층(11, 12, 13 및 14)을 교대로 적층하고, 적층 방향(제 1 방향)과 교차하는 제 2 방향의 양단면에 제 1 및 제 2 측면 전극(15 및 16)을 각각 형성하여 이루어진다.
본 발명의 제 3 실시 형태에 있어서, 본 발명의 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 압전체층(21, 22, 23)으로서, PZT계 재료의 압전 세라믹 판을 이용하고 있지만, 압전 효과를 갖는 재료이면, 어떠한 재료여도 됨은 물론이다.
탄성판(2)은, 온도 안정 특성의 향상, 및 진동 변위의 향상을 도모하기 위하여, JIS K 623으로 나타내는 듀로미터 경도가 30－130이며, 진동 변위의 상승과 낙하 충격 내구성의 양립을 위하여, 두께 0.1~0.9 ㎜의 실리콘 고무로 이루어진다.
배선 부재(4)로서의 플랙시블 배선 기판(FPC 기판; 4)은, 압전 소자(1)의 일 표면의 단부 부근에 설치되어 있다.
도 7(a)에서 나타낸 것과 마찬가지로, FPC 기판(4)은, 플랙시블 기재(4c)의 일 표면(도면에서는 이면)의 길이 방향 양측에 서로 평행하게 도체 패턴(4a, 4b)이 형성되어 있다.
도 2에서 나타낸 것과 마찬가지로, 탄성판(2)은, 압전 소자(1)의 FPC 기판(4)이 설치되어 있는 표면과 대향하는 반대측의 표면에, 상온 경화형 접착제 혹은 실리콘계 양면 테이프와 같은 접착재(5)를 통해 부착되어 있다. 상기 접착재(5)의 경도는, 탄성판(2)과 동일하거나, 혹은 탄성판(2)보다 부드러운 것이 바람직하다.
탄성판(2)은, 도 2의 예와 마찬가지로, 터치 패널의 진동판(6)에 부착하여 사용되고 있지만, 스마트 폰 등의 스피커로서의 사용이나, 가청역 외에, 바이브레이터 등의 저주파의 진동 발생도 가능하다.
이상까지는 제 1 실시 형태와 같다.
도 23(a), 도 23(b), 및 도 23(c)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈(10)은, 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈과는, 하우징 부재(3)에 매설(埋設)되어 하우징 복합 부재를 구성하는 복합화재(複合化材; 80)를 갖는다는 점에서 다르다. 복합화재(80)는, 음압 주파수 특성을 플랫(flat)화하는 음압 조정 수단으로서 기능한다.
도 23(d)에 나타내는 변형예에 관한 복합화재(80)와 같이, 하우징 부재(3)로부터 일면이 노출되어 설치되어도 됨은 물론이다.
도 25(a)는 본 발명의 제 4 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도, 도 25(b)는, 도 25(a)의 압전 진동 모듈의 25B－25B'선을 따른 단면도, 도 25(c)는, 도 25(a)의 압전 진동 모듈의 25C－25C'선을 따른 단면도이다.
도 25(a), 도 25(b), 및 도 25(c)에 나타내는 제 4 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈은, 도 1(a), 도 1(b), 및 도 1(c)에 나타내는 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈과는, 음압 조정 수단이 설치되어 있다는 점에서 다르다. 음압 조정 수단은, 하우징 부재(3)의 표면에 돌출되어, 일렬로 간격을 두고 나란히 설치된 3개의 돌기부(3a)로 이루어지며, 이 돌기부(3a)는, 표면 진동 분포를 평탄화하는 동시에, 유리 패널의 공진 모드의 마디(節, node)가 되는 부분에 설치되어 있다. 이로써, 스피커 등의 음질이 저하하게 되는 유리 패널과의 공진을 회피할 수가 있다.
이상 설명한 본 발명의 제 2, 제 3 및 제 4 실시 형태에 있어서는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 압전 진동 모듈은, 탄성판(2) 및 하우징 부재(3)에 의해, 압전 소자를 덮도록 구성하였으나, 실리콘 고무 등의 탄성을 갖는 재료이면, 몰드에 의해 일체로 형성하여도 됨은 물론이다.
[실시예]
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈의 여러 특성에 대해 설명한다.
(실시예 1)
도 1(a), 도 1(b), 및 도 1(c)에 나타내는 구조의 압전 소자(1)와, 압전 진동 모듈(10)을 준비하였다. 본 발명의 실시예에 관한 압전 진동 모듈의 압전 소자의 탄성판(2) 및 하우징 부재(3)에는, 실리콘 고무를 이용하고 있다.
본 발명의 실시예에 관한 압전 진동 모듈은, 길이 27 ㎜, 두께 1.0 ㎜, 폭 5.0 ㎜의 압전 소자(1)에 대하여, 전체 길이 30 ㎜, 두께 1.8 ㎜, 폭 3.0 ㎜를 가지고 있다.
비교를 위하여, 같은 치수로 상기 압전 진동 모듈의 탄성판 및 하우징 부재로서, 폴리우레탄으로 몰딩한 압전 진동 모듈을 이용하였다.
변위의 측정은, 함수 발생기(function generator)와 고주파 앰프를 이용하여, 20 Vpp, 300~3400 Hz의 구동 전압을 입력하고, 변위를 레이저 변위계에 의해 측정하였다.
본 발명의 실시예에 의한 압전 진동 모듈, 비교예에 관한 압전 진동 모듈을 항온조(恒溫槽) 속에서 온도를 -40℃에서 100℃로 변화시켜, 변위의 온도 특성 및 변위 변화율의 온도 특성을 조사하였다. 그 결과를 도 9(a) 및 도 9(b)에 나타낸다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 변위(nm 단위로, Peak to Peak의 변위 진폭인 것, 이하 nmpp라 함)는, －30~80℃의 사이에서, 1700~2400의 범위 내로, 소자의 변위 및 비교예에 비해 명백하게 변위의 변동이 적은 것이 판명되었다.
도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 변위 변화율(nmpp)은, －30~80℃의 사이에서, 10~－8의 범위 내로, 소자의 변위 변화율 및 비교예에 비해 명백하게 변위의 변화율이 적은 것이 판명되었다.
(실시예 2)
실시예 1에서 사용한 것과 같은 본 발명의 압전 진동 모듈에 있어서, 실온에서, 실시예 1과 같은 변위계를 이용하여, 압전 진동 모듈의 하우징 부재 및 탄성판의 실리콘 고무의 듀로미터 경도(JIS K 6253)를 10에서 16까지 변화시켜, 경도에 대한 변위를 측정하였다. 그 결과를, 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 경도 30－130의 실리콘 고무에 있어서는, 변위(nmpp)가 1500－2000의 최적치인 것이 판명되었다. 듀로미터 경도를 30~130으로 함으로써 진동 변위의 크기를 증대시킬 수가 있다.
(실시예 3)
실시예 1에서 사용한 것과 같은 구조로, 실리콘 고무의 두께(한쪽 두께)만 다른 압전 진동 모듈과, 같은 두께의 압전 진동 모듈을 이용하여, 각각 실온에서, 실시예 1과 같은 변위 측정에 의해, 실리콘 고무의 두께(한쪽 두께)에 대한 변위를 측정하였다. 또, 본 발명의 압전 진동 모듈을, 높이를 변화시키며 낙하시켜, 압전 소자의 파손, 균열, 결락(缺落) 등의 유무에 근거하여, 허용 낙하 높이를 측정하였다.
그 결과를, 도 11에 나타낸다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 두께가 0.1~0.8 ㎜의 범위 내에서 변위(nmpp)는, 1500에서 2300의 범위 내이며, 허용 낙하 높이 1.5 m~2.2 m인 것이 판명되었다. 이것으로부터, 실리콘 고무의 한쪽 두께를 0.1~0.8 ㎜로 함으로써, 진동 변위와 낙하 충격 내구성의 양방(兩方)을 도모할 수가 있다.
(실시예 4)
도 13 및 도 20에 나타내는 압전 진동 모듈(10)로서, 도 14에 나타내는 것과 마찬가지로 최상부 및 최하부 평면 전극층 및 중간부 평면 전극층을 형성하고, 압전체층을 갖는 압전 소자부를 16층 적층한 본 발명에 의한 것, 및 통상품(通常品)인 압전체층을 갖는 압전 소자부를 15층 적층한 비교예에 관한 것을 제작하여, 그 음압의 주파수 특성을 조사하였다. 또한, 본 발명의 실시예 4에 관한 압전 소자 모듈은, 압전 소자의 폭이 2.4 ㎜, 길이 27 ㎜, 두께 1.0 ㎜였다. 그 결과를 도 19에 나타낸다. 도 19에 있어서, 횡축은 구동 전압의 주파수(Hz), 종축은 음압(dBspl)을 나타내고 있다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 곡선(91)으로 나타내는 압전 소자부(압전체층)를 15층 적층한 비교예에 관한 것보다, 곡선(92)으로 나타내는 압전 소자부(압전체층)를 16층 적층한 본 발명에 의한 것이, 음압이 상승하고 있음을 알 수 있다.
(실시예 5)
도 23(a), (b) 및 (c)에 나타내는 하우징 부재의 복합화재로서, 두께 50㎛의 스텐레스인 SUS304로 이루어지는 복합화 판재(A) 및 두께 200㎛의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)인 복합화 판재(B)를 각각 하우징 부재와 일체화하여, 압전 진동 모듈을 제작하였다. 또, 비교를 위해, 도 1(a), 도 1(b) 및 도 1(c)에 나타내는 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈을 제작하였다. 또한, 압전 소자는, 폭 2.4 ㎜, 길이 27 ㎜, 두께 1.0 ㎜이고, 탄성판 및 하우징 부재는, 두께 1.8 ㎜, 폭 2.4 ㎜, 길이 30 ㎜였다. 상기 압전 진동 모듈의 음압의 주파수 의존성을 조사하였다. 그 결과를 도 24에 나타낸다. 도 24에 있어서, 횡축은 구동 주파수(Hz), 종축은 음압(dBspl)을 나타내고 있다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 곡선(93)으로 나타내는 제 1 실시 형태에 의한 압전 진동 모듈은, 주파수에 대해 기복이 심하지만, 본 발명의 복합화재(A 및 B)를 이용한 어떠한 압전 진동도, 곡선(95 및 94)으로 나타내는 바와 같이 음압의 주파수 특성이 플랫화되어 있음을 알 수 있다. 이는, 복합화된 판재에 의해, 압전 소자의 공진과 부착되는 피(被)부착물의 공진이 상쇄(相殺)되기 때문이다.
(실시예 6)
도 25(a), 도 25(b) 및 도 25(c)에 나타내는 압전 진동 모듈을 유리판(81)의 진동의 공진을 회피할 목적으로, 유리판(81)의 공진의 마디나 혹은 그 부근에 돌기부(3a)가 위치하도록 부착하여 그 진동 분포를 조사하였다. 또한, 압전 소자는, 폭 2.4 ㎜, 길이 27 ㎜, 두께 1.0 ㎜, 압전 진동 모듈의 하우징 부재 및 탄성판의 외장(外裝) 부재는, 길이 30 ㎜, 폭 3.0 ㎜, 두께 1.8 ㎜이다.
도 26(a)는 도 25(a)에 나타내는 압전 진동 모듈의 돌기부 측에 유리판을 올려놓고 그 진동의 평면 분포를 조사한 평면도, 도 26(b)는 도 25(a)에 나타내는 압전 진동 모듈의 돌기부 측에 유리판을 올려놓고 그 진동의 수직 분포를 조사한 정면도이다. 비교를 위하여, 도 27(a)는 도 1(a)에 나타내는 압전 진동 모듈에 유리판을 올려놓고 그 진동의 평면 분포를 조사한 평면도, 도 27(b)는 도 1(a)에 나타내는 압전 진동 모듈의 돌기부 측에 유리판을 올려놓고 그 진동의 수직 분포를 조사한 정면도이다.
도 26(a) 및 도 27(a)의 비교에 있어서, 본 발명에 관한 돌기부(3a)를 갖는 것의 진동의 평면 분포(82)는, 돌기부가 없는 것의 평면 분포(83)보다, 그 변동이 크다는 것을 알 수 있다. 또, 도 26(b) 및 도 27(b)의 비교로부터, 본 발명에 관한 돌기부(3a)를 갖는 것의 진동의 수직 분포(82)는, 비교예에 관한 돌기부가 없는 것의 진동의 수직 분포(83)보다, 그 변동이 크다는 것을 알 수 있다.
또한, 돌기부(3a)의 위치를 압전 소자의 진동의 배(腹, antinode)에 두면, 진동의 전파가 보다 커지며, 진동의 평면 분포 및 진동의 수직 분포도 보다 커져 변화가 커지는 것은 명백하다.
[산업상의 이용 가능성]
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 압전 진동 모듈은, 휴대단말, 터치 패널 전반, 게임 콘트롤러, 게임기 등 패널 음향용 압전 진동 모듈에 적용된다.
본 출원은, 2012년 4월 5일에 출원된 일본 특허 출원 제2012－86278호를 기초로 하는 우선권을 주장하며, 그 개시된 전부가 여기에 포함된다.
1, 30; 압전 소자
2; 탄성판
3; 하우징 부재
3a; 돌기부
4; 배선 부재(FPC 기판)
4a, 4b; 도체 패턴
4c; 플렉시블 기재(基材)
5; 접착제
6; 진동판
10; 압전 진동 모듈
11, 12, 13, 14; 평면 전극층
11a, 12a, 13a, 14a; 제 1 전극부
11b, 12b, 13b, 14b; 제 2 전극부
11c, 12c, 12d, 13c, 13d, 14c, 14d; 절연부
15; 제 1 측면 전극
15a; 제 1 외부 전극
15b; 제 2 외부 전극
15c; 절연부
16; 제 2 측면 전극
20, 40; 적층체
21, 22, 23; 압전체층
25, 26; 도전성 부재(도전성 고무)
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48; 압전체층
50; 구동 회로 기판
51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59; 평면 전극층
51B', 53A', 55A', 57A'; 제 2 인출 전극
52A, 54A, 56A, 58A, 59B; 제 1 인출 전극
59A; 제 1 단자용 전극
59A', 59B'; 제 2 단자용 전극
61A, 61B; 제 1 측면 전극
61A', 61B'; 제 2 측면 전극
65a, 65b, 68a, 68b; 분극(分極) 방향을 나타내는 화살표
66a, 67a, 69b; 수축 방향을 나타내는 화살표
66b, 67b, 69a; 신장(伸長) 방향을 나타내는 화살표
66c, 66d, 67c, 67d, 69c, 69d, 70c, 70d; 전압 인가 방향을 나타내는 화살표
73, 74; 압력 방향을 나타내는 화살표
75; 케이스(筐體)
80; 복합화재(複合化材)
81; 유리 패널
82, 83; 진동 분포

Claims (44)

  1. 압전 소자와, 상기 압전 소자에 접속되어 외부로 인출된 배선 부재와, 상기 압전 소자의 일면(一面)에 부착되는 탄성판을 구비하며, 상기 탄성판은, 실리콘 고무에 의해 형성되고,
    상기 압전 소자는, 압전체층과 전극층을 교대로 적층한 적층체와, 상기 적층체의 적층 방향인 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향의 양단면 또는 양측면에 설치된 제 1 및 제 2 측면 전극을 가지며,
    상기 전극층은, 제 1 전극부와, 상기 제 1 전극부와 서로 전기적으로 분리된 제 2 전극부를 가지며,
    상기 제 1 측면 전극은, 상기 제 1 및 제 2 방향과 교차하는 제 3 방향으로 나란한 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극을 가지고,
    상기 전극층의 제 1 전극부는, 상기 제 1 외부 전극에 접속되며,
    상기 전극층의 제 2 전극부의 상기 제 2 방향의 일단은, 상기 제 2 외부 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성판과 함께 상기 압전 소자와 상기 배선 부재의 상기 압전 소자와의 접속 부분을 덮도록 설치된 하우징 부재를 더 구비하며, 상기 하우징 부재는, 상기 탄성판과 같은 실리콘 고무에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 소자에 있어서의 상기 일면에 대향하는 타면(他面)에 전극 취출(取出)부를 가지며, 상기 배선 부재는, 상기 전극 취출부에 도전 접속된 플랙시블(flexible) 배선 기판인 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 고무는 경도(硬度) 30－130을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성판과 상기 압전 소자는, 상온(常溫) 경화형의 실리콘 접착제를 통해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방향의 양단의 전극층의 상기 제 2 전극부의 상기 제 2 방향의 타단은, 상기 제 2 측면 전극에 접속되며,
    상기 제 1 방향의 양단의 전극층의 상기 제 2 전극부는, 구동 외부 전극으로 하고, 상기 제 1 방향의 양단 사이의 중간부 전극층의 상기 제 1 전극부는, 구동 내부 전극으로 하여, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부의 사이에 구동 전압을 인가할 수 있도록, 상기 각 전극층 및 제 1 및 제 2 측면 전극이 전기 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    분극 전압을 인가함으로써, 상기 적층체의 제 1 방향의 양단의 압전체층이, 상기 적층 방향을 따르는 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극부 및 제 2 전극부 사이에 구동 전압을 인가함으로써, 상기 압전체층을 상기 제 2 방향을 따라 신축(伸縮)시키는 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  9. 제 1항에 기재된 압전 진동 모듈의 상기 탄성판을 진동판에 부착한 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 압전 소자와, 상기 압전 소자에 접속되어 외부로 인출된 배선 부재와, 상기 압전 소자의 일면에 부착되는 탄성판과, 상기 압전 소자 및 상기 배선 부재의 상기 압전 소자와의 접속 부분을 덮도록 설치된 하우징 부재를 구비하고,
    상기 압전 소자의 상기 탄성판이 부착된 상기 일면에 대향하는 타면에 설치된 전극 취출부를 가지며,
    상기 배선 부재는, 탄성을 구비한 도전성 부재이며, 상기 도전성 부재는, 상기 전극 취출부로부터, 상기 압전 소자의 타면에 교차하는 방향으로 상기 하우징 부재를 관통하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
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  20. 제 16항에 있어서,
    또한, 음압 조정 수단을 구비하며, 상기 음압 조정 수단은, 상기 하우징 부재의 표면에 돌출되어 설치된 돌기부를 가지고, 상기 돌기부는, 상기 압전 진동 모듈을 부착하는 피(被)부착 부재의 상기 압전 진동 모듈에 의해 여기(勵起)되는 공진의 마디(節, node)가 되는 부분에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  21. 제 16항에 있어서,
    또한, 음압 조정 수단을 가지며, 상기 음압 조정 수단은, 상기 압전 소자와 평행으로 상기 하우징 부재에 일체로 설치된 복합화재(複合化材)를 가지며, 상기 복합화재는, 상기 압전 소자의 자체의 진동과, 피(被)부착부재의 상기 압전 진동 모듈에 의해 여기되는 진동을 상쇄하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 압전 소자를 구성하는 압전 소자부를 복수매, 제 1 방향으로 적층한 적층체를 가지며, 상기 각 압전 소자부는, 압전체층과, 상기 각 압전체층 상에, 상기 제 1 방향에 대해 교차하는 제 2 방향으로 형성된 표면 전극층과, 상기 압전체층의 상기 제 2 방향의 단부(端部)에 형성되며, 상기 표면 전극층에 접속된 제 1 및 제 2 인출 전극을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 인출 전극은, 상기 표면 전극층으로부터 상기 적층체의 적층 위치에 따른 상기 각 압전체층의 상기 단부로 인출되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 적층체는, 바닥부에 위치지어진 바닥부 압전 소자부와, 최상부에 위치지어진 최상부 압전 소자부를 가지며, 상기 최상부 압전 소자부의 분극 방향은, 상기 바닥부 압전 소자부를 포함하는 다른 압전 소자의 분극 방향과 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 최상부 압전 소자부의 압전체층과, 상기 최상부 압전 소자부 이외의 상기 바닥부 압전 소자부의 압전체층을 제외한 압전체층은, 서로 반대의 신축 진동을 여기하는 것과 같은 전극 구조를 가지고 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  25. 제 22항에 있어서,
    또한, 음압 조정 수단을 구비하며, 상기 음압 조정 수단은, 상기 압전 소자부의 적층 수, 상기 각 압전 소자부의 분극 방향, 및 상기 압전 소자부의 구동 전압의 인가 방향에 따라 정해지는 굴곡 진동을 행하는 압전 바이몰프(bimorph) 구조를 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 압전체층의 수는, 2n(단, n은 1 이상의 정수(整數))인 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈.
  27. 제 16항에 기재된 압전 진동 모듈과, 구동 회로 기판과 케이스(筐體)를 구비하며, 상기 케이스는, 상기 압전 진동 모듈을 통해 상기 도전성 부재를 상기 구동 회로 기판에 압접(壓接)하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환 장치.
  28. 제 16항에 기재된 압전 진동 모듈을 케이스 내에 수용하여 실장(實裝)하는 실장 방법으로서, 상기 배선 부재는, 상기 하우징 부재를 관통하여 외부로 돌출된 도전성 부재이며, 상기 케이스는, 상기 압전 진동 모듈의 상기 도전성 부재의 돌출단(端)을 구동 회로 기판에 압접하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 모듈의 실장 방법.
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