KR100258491B1 - 압전트랜스포머 - Google Patents

Abstract

전극이 도전 페이스트를 이용한 스크린 인쇄에 의해서 장판형 압전 세라믹판의 표면상에 형성된 구조의 압전 트랜스포머에 있어서, 분극시의 구동부의 방전, 분극시 발전부의 과도 응력에 기인하는 기계적 강도의 신뢰성 저하, 및 전극의 파손에 기인하는 트랜스포머 출력의 불안정성이 방지된다. 구동부의 전극 (2, 3) 에는, 압전체의 에지에 대해 스크린 인쇄 시에 도색 방지부 (paint runout) 를 형성하여, 압전체 측면으로의 인쇄처짐을 방지하고, 분극시의 전계집중에 의한 방전을 방지한다. 발전부의 전극 (7A 및 7B) 에는, 압전체 (1) 의 에지로 스트립 전극의 양단을 연장하여 도색 방지부를 형성하지 않음으로써, 도색 방지부가 형성될 경우 발생하는 전극의 코너부에 전계의 집중을 방지하고, 과도한 응력의 발생에 기인하는 기계적 강도의 저하를 회피한다. 발전부의 전극 (7A 및 7B) 은 전극의 파손 가능성 및 전극의 파손에 기인하는 트랜스포머 출력 저하의 회피와 무관하다.

Description

압전 트랜스포머{PIEZOELECTRIC TRANSFORMER}

본 발명은 압전 트랜스포머에 관한 것으로, 특히, 입력 전극 및 출력 전극이 장판형 압전체의 표면상에 제공된 압전 트랜스포머의 전극 구조에 관한 것이다.

예를 들어, 고전압 트랜스포머는 액정 디스플레이의 백라이트 개발에 이용된다. 권선 트랜스포머의 동작 원리와는 완전히 다른 압전 트랜스포머가 제공된다.

도 11 은 종래의 압전 트랜스포머의 전형적인 예로서, 일본국 특개평 제 7-193293 호에 개시된 압전 트랜스포머의 사시도이다. 도 11 에 나타낸 바와 같이, 일반적으로, 장판형 압전체 (1) 는 장축을 따라 동일한 길이인 구동부 (5L), 발전부 (6) 및 구동부 (5R) 의 3 개 영역으로 분리된다.

구동부 (5L) 의 상부 및 하부 표면상에서, 전극 (2L 및 3L) 은 각 영역 (5L) 의 대부분의 전 영역에 제공된다. 다른 구동부 (5R) 의 상부 및 하부 표면상에도, 전극 (2R 및 3R) 은 마찬가지로 제공된다. 수직방향 화살표에 의해서 알 수 있는 바와 같이, 제조 공정시 구동부 (5L 및 5R) 는 각각 제공된 상부 및 하부 전극을 이용하여, 압전체 (1) 의 두께 방향으로 축을 따라 분극화된다.

한편, 발전부 (6) 에는, 이 영역의 장축의 중앙부에 압전체 (1) 의 폭 방향으로 연장되어 주변을 둘러싸는 박형 전극 (7) 이 제공된다. 발전부 (6) 는 구동부 (5L) 측상의 일부 및 전극 (7) 을 지나는 구동부 (5R) 상의 일부에서 장축을 따라 서로 반대 방향으로 분극화된다. 분극은 제조공정 중에서 전극이 형성된 압전체를 150 ℃ 나 그 이상의 고온에서 유지하고, 구동부 및 발전부에 2 kv/mm 정도의 직류 고전계를 인가하여 제공된다. 이때에, 요구되는 전계의 인가는 이하 방식으로 실행된다. 즉, 2 개의 분극은 압전체 (1) 의 두께방향 및 장축방향 등의 분극 방향이 다르게 분리되어 실행된다. 구동부의 분극시에, 구동부 (5L 및 5R) 의 상면상에 있는 전극 (2L 및 2R) 은 동일 전위를 갖도록 하기 위해 짧게 한다. 또한, 구동부의 하면상의 전극 (3L 및 3R) 은 동일 전위가 되도록 서로 짧아진다. 직류전압을 상부 전극 (2L 및 2R) 과 하부 전극 (3L 내지 3R) 사이에 인가함으로써, 압전체 (1) 의 두께 축을 따라 전계가 인가된다. 한편, 발전부 (6) 의 분극시에, 상부 및 하부 전극 (2L, 3L, 2R 및 3R) 은 동일 전위가 되도록 접속된다. 그 후, 발전부의 전극 (7) 과 구동부 전극 (2L, 3L, 2R 및 3R) 사이에 직류전압을 인가함으로써, 그 전압인가에 따라, 전극 (7) 을 사이에 두고 장축을 따라 서로 반대 방향의 전계를 압전체 (1) 에 제공한다.

압전 트랜스포머의 승압 트렌스포밍 동작은 이하 방법으로 실행된다. 우선, 2 개 구동부의 상부 표면상의 전극 (2L 및 2R) 은 동일 전위를 갖도록 접속된다. 마찬가지로, 전극 (3L 및 3R) 은 동일한 방식으로 접속된다. 상부와 하부 전극 사이에, 즉 입력단자 (4A 및 4B) 사이에, 교류 전압 (e_in) 이 입력된다.교류 입력 전압의 주파수를 타당하게 선택함으로써, 압전체 (1) 는 장축을 따라 수직 진동의 기계적인 공진을 발생한다. 장축 방향의 공진진동에 의해 발전부 (6) 에 장축방향의 진동변위에 대응하는 진동응력이 발생한다. 그 후, 진동 응력 및 장축방향의 분극에 의한 압전효과에 의해서, 전하가 생성된다. 그 후, 발전부의 전극 (7) 과 구동부의 전극 (2L 및 2R) 사이, 즉, 출력 단자 (8A) 와 출력 단자 (8B) 사이에서 변압된 출력 전압 (e_out) 을 얻을 수 있다.

한편, 압전 트랜스포머로서 기능을 실현하기 위해서는, 두께의 축을 따른 분극과 장축을 따른 분극은 필요 불가결하다. 더욱이, 희망하는 분극 작용은 충분히 포화된 분극이어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제조시 분극 작용에서, 예를 들어, 150 ℃ 의 분위기 하에서 약 2 kv/mm 인 강전계를 구동부 및 압전체의 발전부에 인가한다. 결과적으로, 다음의 반전 효과가 발생한다.

우선, 구동부에서, 상부와 하부 전극 (2L 및 3L ; 좌측 구동부 (5L) 의 경우이고, 우측 구동부 (5R) 의 경우라면 전극 (2R 및 3R) 이며, 이하 좌측 구동부 (5L) 의 경우에 부여되는 것으로 하여 설명한다.) 사이에서, 절연 파괴가 발생하여 방전이 쉽게 발생한다. 더욱이, 이러한 경우는 이하 사실에 대해서는 가중된다. 즉, 압전체 표면상의 전극은 대부분의 경우 스크린 인쇄를 사용하는 후막법에 의해서 형성된다. 이러한 경우, 전극 (2L 및 3L) 의 에지부에서, 양 전극 사이에 끼워진 압전체의 측면상에서, "인쇄처짐 (run in printing)" 이 쉽게 발생한다. 인쇄처짐이 발생하면, 구동부의 분극 작용시 전계의 국부적인 전계 집중이 방전의 발생을 용이하게 한다. 통상적으로, 방전을 방지하기 위해 절연유 내에서 분극을 실행한다. 그러나, 인쇄처짐의 정도 또는 절연유의 순도에 의해, 방전의 방지가 충분히 되지 않을 수도 있다.

좌측 구동부 (5L) 의 전극 (2L 및 3L) 사이에서 방전이 발생하면, 극단적인 경우에, 압전체 (1) 가 기계적으로 파손된다. 파손이 발생하지 않아도, 기계적인 강도가 낮아져 압전체의 진동 수명이 단축된다. 반면에, 입력측 (구동부) 의 절연이 불충분하게 되어 입력전압의 인가가 불가능하다는 장애가 발생한다.

다음으로, 발전부에서도, 상술한 구동부와 마찬가지로, 방전이 발생할 확률이 있다. 그러나, 경험으로 알 수 있는 바와 같이, 전극 사이의 거리 (구동부의 전극 (2L 및 3L) 과 발전부의 전극 사이의 거리) 가 더 길면 방전 발생의 확률이 감소된다. 반면에, 트랜스포머가 완성된 후의 구동시에, 발전부에서 압전체의 파손이 자주 발생한다. 즉, 압전 트랜스포머가 트랜스포머로서 동작하는 경우, 진동 응력이 압전체에 계속해서 작용한다. 통상적으로, 진동 조건은 손상의 발생을 피하기 위해 진동 응력이 압전체 재료의 기계적인 강도의 절반 이하가되도록 설정된다. 이에 불구하고, 방전이 발생하지 않고 성공적으로 분극이 완료된 트랜스포머의 경우에, 트랜스포머는 동작 중에 진동 응력 때문에 파손이 발생될 수 있다. 이런 현상은 분극 중에 발생하는 임의의 미세한 손상 때문에 기계적인 강도가 낮아지기 때문이라고 생각된다.

예를 들어, 상술한 바와 같이, 구동부 또는 발전부에 관계없이, 분극은 각 영역의 표면상에 제공된 전극을 이용하여 실행된다. 따라서, 장판형 분극체의 단일 조각내에서, 전압 인가에 기인하여 기계적인 스트레인 (strain) 이 발생하는 부분 및 전압이 인가되지 않아 스트레인이 발생하지 않는 부분이 동시에 존재한다.상술한 부분의 경계에서, 큰 기계적 응력이 작용한다. 통상적으로, 압전체는 세라믹이고, 국지 응력이 인가되는 조건하에서 압전체내에 마이크로 크랙이 발생되는 것으로 생각될 수 있다. 반면에, 제조 공정 중 취급에 기인하는 치핑 (chipping) 이 압전 세라믹 판의 장판의 에지부에서 발생할 때, 진동 응력이 그곳에 작용하는 경우, 치핑 크랙의 팁 (tip) 에서 발생되어 치핑이 성장하여 크랙이 되는 것으로 여겨진다. 따라서, 트랜스포머로서 동작시 파손이 발생될 수 있다. 이러한 경우, 동작시 파손은 경험적으로 알 수 있는 바와 같이, 발전부에서 대부분 발생한다.

분극과 관련한 손상을 방지하기 위한 수단으로서, 표면 전극의 형성을 위한 스크린 인쇄에 있어서, 도전 페이스트 (paste) 의 처짐 (run) 및 압전체의 치핑을 방지하는 것이 효과적이다. 예를 들어, 일본국 실개평 제 6-52126 호에는 장판형 압전 세라믹 판의 모든 에지 중에 적어도 장축을 따르는 에지상의 모서리를 깍는 가공 (chamfer) 이 대책으로서 개시되어 있다. 모서리를 깍는 가공을 수행함으로써, 압전체의 취급에 의한 치핑이 방지될 수 있고, 또한, 구동부 전극의 인쇄처짐이 제거될 수 있다.

다른 대책으로서, 압전체의 표면상의 전극 형태 (전극 형성 표면의 수직방향에서 보는 평면 패턴) 를 변형하여, 압전체의 에지로부터 약간 내측으로 이격된 위치에 예비로 전극을 형성한다. 예를 들어, 도 11 에 도시된 바와 같이, 구동부 (5L) 의 전극 (2L 및 3L) 을 상세히 관측하여, 압전체의 에지로부터 약간 내부로 이들 전극을 이격시킨다. 이러한 전극 구조를 이용함으로써, 구동부의 적어도 분극시의 인쇄처짐에 기인하는 방전 및 압전체의 파손을 방지할 수 있다.

한편, 도 11 에 도시한 압전 트랜스포머에서, 발전부의 중앙에 있는 전극 (7) 은 압전체의 전 주변에 대해 연장된 루프 전극이다. 루프 전극의 구조는 압전체의 구동시 소자의 파손을 방지하도록 하는 직접적인 의도는 아니지만, 출력 전극 (7) 주변의 전계의 집중, 전계의 집중에 의해서 유도된 과도한 내부 응력, 및 과도한 내부 응력에 기인하는 전극 (7) 주변 세라믹에서의 마이크로 크랙의 발생을 방지하고, 세라믹의 기계적 강도의 저하 및 압전 트랜스포머의 동작시 압전체 파손의 가능성이 제거될 수 있다.

이 효과는 발명자에 의해서 밝혀진 것이고, 이하 상세하게 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래 압전 트랜스포머에서, 압전체의 파손은 압전체의 에지에서 모서리를 깍는 가공을 수행하거나 또는 전극 구조의 구조를 변경함으로써 회피될 수 있다.

그러나, 이런 향상된 트랜스포머에서도 다음과 같은 문제점이 있다.

우선, 일본국 실개평 제 6-52161 호에는 압전체의 에지상에 쳄퍼 (chamfer) 를 구비한 트랜스포머가 개시되어 있다. 이 트랜스포머에서도, 분극시 발생된 압전 세라믹체내의 마이크로 크랙에 대한 효과적인 대책은 없다. 모서리를 깍는 가공을 수행하는 공정은, 자체의 제조공정을 증가시켜 가격을 상승시키는 요인이 된다. 또한, 자동화의 어려움 때문에, 수공정은 가격을 상승시키는 결점이 된다.

다음으로, 일본국 특개평 제 7-193293 호 공보에 개시된 압전 트랜스포머에서, 압전체의 전극의 진동 간섭을 회피하기 위해 부드러운 전극 재료를 이용하거나 전극을 얇게 형성해야한다. 상업적인 생산성을 고려하여, 도전 페이스트를 이용한 스크린 인쇄로 Ag 전극 또는 Ag-Pd 합금 전극을 형성하는 것이 통상적이다.

그러나, 이 방법에서, 평판형 압전체의 능부 (稜部, ampullar crista) 에서 전극의 파손이 용이하게 발생된다. 이 이유는 도전 페이스트가 능부에서 더 얇게 증착될 수 있기 때문이다. 즉, 제조시에, 전극의 파손이 발생할 수 있거나, 제조시 전극의 파손이 회피되더라도, 제조 완료후 트랜스포머의 구동 중에 트랜스포머의 진동에 기인하여 전극 파손이 발생될 수 있다. 전극의 파손이 2 개의 능부에서 발생되는 경우에는, 트랜스포머의 발전부에서 발생한 전하를 전극에 집적하여 취출하는 능력이 저하된다. 결과적으로, 트랜스포머는 요구되는 트랜스포머 출력을 충족시킬수 없거나 또는 구동 중에 트랜스포머 출력이 불안정하여 최종적으로 열화될 수 있다.

한편, 일본국 실개평 제 6-52161 호 공보에 개시된 에지부상에서 모서리를 깍는 가공을 수행한 경우에, 분극 중에 발생된 압전 세라믹내의 마이크로 크랙에 대한 대책이 없다. 더욱이, 모서리를 깍는 가공은 공정 단계를 증가시키는 요인이 되어 가격을 상승시킨다. 또한, 자동화의 곤란함 때문에, 수공정은 2 중으로 가격 상승을 초래하는 단점이 있다.

더욱이, 일본국 특개평 제 4-206580 호 공보에는 적층 구조가 전제되어 있어, 단일판의 구조에 대한 마이크로 크랙 발생의 메카니즘과는 다르다. 따라서, 공보에 개시된 발명은 세라믹부와 내부 전극부 사이의 적층들의 계면 응력을 완화시키는 것에 관한 것이다. 한편, 단일판 구조의 압전 세라믹 트랜스포머는 응력을 완화하는 임의의 효과를 갖는다 하더라도, 전표면에 대한 전극의 형성은 인쇄처짐 문제로 인해 안정적으로 분극되지 않을 가능성이 높다. 특히, 염가의 스크린 인쇄가 이용되는 경우 구동부에서는 더 가중된다. 더욱이, 발전부에서도,분극의 편차에 기인하는 트랜스포머의 파손 문제 및 분극의 편차와 관련된 응력의 국지화 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 압전체 표면상의 전극이 염가의 스크린 인쇄에 의해서 형성되고, 전극의 형성시 인쇄처짐에 기인하는 분극시 불안정성을 회피할 수 있고, 진동수명 등의 기계적 강도에 관련한 고신뢰성 및 출력 특성에서 안정성을 갖는 압전 트랜스포머를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인쇄처짐에 기인하는 분극의 불안정성을 회피하고, 저렴하고 용이하게 실행되는 스크린 인쇄에 의해서 압전체의 표면상에 전극이 형성되는 전제하에 진동수명 등의 고신뢰성의 기계적 강도를 달성할 수 있는 압전 트랜스포머를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 1 실시예를 도시한 사시도.

도 2a 및 2b 는 도 1 의 전극의 에지부를 도시한 확대도.

도 3 은 도 1 의 압전 트랜스포머의 제 1 실시예, 도 11 의 종래 압전 트랜스포머, 및 비교 참조를 위한 압전 트랜스포머에 대한 열충격 테스트의 결과 비교를 도시한 도면.

도 4 는 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 2 실시예를 도시한 사시도.

도 5 는 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 3 실시예를 도시한 사시도.

도 6 은 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 4 실시예를 도시한 사시도.

도 7 은 도 6 의 C 부분에 대한 확대도.

도 8a 는 도 6 의 압전 트랜스포머 발전부의 전극처짐의 근방에서 베이킹시 응력 분포를 도시한 단면도.

도 8b 는 도 6 의 압전 트랜스포머의 발전부의 전극처짐의 근방에서 분극시 응력 분포를 도시한 단면도.

도 9 는 도 6 의 압전 트랜스포머의 베이킹시에 가해지는 응력 및 크랙 진행 방향의 응력 분포를 도시한 단면도.

도 10a 내지 10d 는 다양한 전극 구조를 도시한 평면도.

도 11 은 종래 압전 트랜스포머의 하나의 예를 도시한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 압전체 2L , 2R , 3L , 3R : 구동부 전극

4A , 4B : 입력 단자 5L , 5R : 구동부

6 : 발전부 7A , 7B : 발전부 전극

8A , 8B : 출력 단자

9A , 9B , 10A , 10B , 11A , 11B : 접속점

본 발명의 일면에 따르면, 압전 트랜스포머는,

두께 방향으로 분극된 구동부와 장축 방향으로 분극된 발전부로 분할된 장판형 압전 세라믹 판으로 형성된 압전체,

전극 페이스트의 스크린 인쇄에 의해서 형성되고 상기 구동부 및 상기 발전부의 각 표면상에 형성된 전극,

스크린 인쇄시 압전체의 에지에 대해 도색방지부가 제공된 구동부의 상기 전극, 및

압전체를 가로질러 서로 대향하는 위치에서 압전체의 2 개의 주면의 전체의폭에 형성된 한 쌍의 스트립형 전극을 적어도 포함하는 발전부의 전극으로 이루어진다.

구동부는, 압전체의 장축 방향으로 제 3 차 모드의 기계적 공진에 대해 절점을 포함하는 양 에지 영역에 제공되고, 발전부는 제 3 차 모드의 기계적 공진의 절점을 포함하는 중앙 영역에 제공되고, 한 쌍의 스트립형 전극은 중앙 영역의 장축 방향으로 중앙부에 위치된다.

선택적으로, 구동부는 압전체의 장축방향으로 제 3 차 모드에서 기계적인 공진을 위한 절점을 포함하는 에지 영역 중 하나에 제공되고, 발전부는 제 3 차 모드의 기계적 공진의 절점을 포함하는 중앙 영역 및 다른 에지 영역에 제공되고, 한 쌍의 스트립형 전극은 중앙 영역과 다른 에지 영역 사이의 경계에 위치된다.

선택적으로, 구동부는 압전체의 장축방향으로 제 1 차 모드의 기계적 공진을 위해 절점을 포함하는 양 에지 중 하나에 제공되고, 발전부는 제 1 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점을 포함하는 다른 에지 영역에 제공되고, 한 쌍의 스트립형 전극은 에지 영역중 하나와 에지 영역의 다른 하나 사이의 경계에 인접하여 위치된다.

바람직한 구성에 있어서, 스트립형 전극은 압전체의 주면의 단부와 점접촉으로 접촉하는 단부를 가질 수도 있다. 전극의 단부는 호 형태일 수도 있고, 호상의 한점이 주면의 단부와 접촉된다. 선택적으로, 전극의 단부는 폭이 단차형태로 순차적으로 점차 감소되고, 최소 폭을 갖는 부분이 주요 표면의 단부에 접촉된다. 또한, 스트립형 전극은 양 단부 사이에 연장된 호에 의해서 규정된 형태일 수도 있고, 단부는 주면의 단부에 접촉된다. 전극의 단부는 직선일 수도 있으며, 직선 단부는 주면의 단부와 접촉된다.

본 발명에 따른 압전 트랜스포머에서, 스크린 인쇄의 도색 방지부 (paint runout) 가 구동부의 전극에 제공되어, 압전체의 에지 (장축 방향에 평행한 2 개의 에지 및 폭 방향에 평행한 하나의 에지) 로부터 전극을 내부로 이격시킨다. 이에 의해서, 압전 세라믹판의 측면으로의 전극 페이스트의 처짐이 회피되어 전계의 집중이 성공적으로 방지된다. 또한, 상부 및 하부 전극 사이의 세라믹 판의 연면 (沿面, creepage) 은, 한쪽의 주면에서 출발하여 직각으로 구부러지고 측면을 따라 연장되고 다시 직각으로 굽혀지는 경로를 따라 연장된다. 따라서, 입력 전극 사이에 작용하는 전계는 편향된다. 이러한 효과에 의해서, 연면 방전의 가능성은 현저하게 감소될 수 있다. 즉, 구동부의 분극이 안정하게 실행될 수 있다.

한편, 발전부에서는, 도색 방지부가 제공되지 않고 장판상의 세라믹 판의 전체의 폭에 걸쳐 전극이 형성된다. 즉, 세라믹 판의 에지 (압전체의 장축방향으로 평행한 2 개의 에지) 및 전극의 에지가 서로 일치된다. 발명에 의해 형성된 유한 요소법에 의한 구조 분석의 결과로서, 도색 방지부가 발전부의 전극에 제공되는 경우, 발전부의 분극중에 큰 응력이 도색 방지부에 작용될 수 있다. 도색 방지부가 형성되지 않고 압전체의 전 표면에 대해 전극이 형성되는 경우에는 응력이 현저히 감소될 수 있다. 분석의 결과는, 발전부의 전극에 도색 방지부를 제공하여 형성된 전극의 직각 코너부에 전계가 집중되어, 그 결과 세라믹판상에 큰 응력을 발생시켜 마이크로 크랙을 발생시켜 압전체의 기계적 강도가 저하된다는 것을 나타낸다.

따라서, 발전부의 전극에 직각 코너를 형성하지 않는 것이 중요하며, 이는 발전부의 전극을 루프형으로 형성함으로써 실현될 수 있다. 그러나, 실험을 통해, 발명자는 압전체의 양측 주면의 전체의 폭에 대해 전극을 제공함으로써, 응력을 감소시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다. 본 발명에서 제안한 바와 같이 발전부의 전극을 형성함으로써, 발전부의 루프형 전극에서 발생될 수 있는, 압전체의 능부에서 전극의 파손에 관련한 불안정성 및 트랜스포머 출력의 저하를 회피하는 것이 가능하고, 출력 안정 특성을 성취할 수 있다.

한편, 발전구 전극에 도색 방지부를 일부 제공하여, 전극의 단부와 주면의 단부 사이에 점접촉을 형성함으로써, 압전 소자의 측면상에서의 처짐 (run) 의 양이 제어될 수 있다. 이에 의해, 분극의 편차가 없고 진동시의 응력의 편재가 없게 되기 때문에, 진동에 기인하는 소자의 파손이 방지된다.

본 발명은 이하 제시된 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예의 첨부된 도면을 참조하여 명백히 이해될 것이다. 그러나, 이들 실시예는 본발명을 한정하기 위한 것이 아니고 단지 설명과 이해를 위한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.

이하 설명에서, 다수의 특정 상세 설명은 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 설정된 것이다. 그러나, 본 발명은 당해 기술분야의 숙련자에게 이들 특정 상세 설명 없이도 실행될 수도 있는 것이 명백하다. 다른 사례에서 잘 알려진 구조는 본 발명의 불필요한 모호성을 회피하기 위해 상세하게 설명하지 않는다.

도면을 참조하면, 도 1 은 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 1 실시예의 사시도이다. 도 1 과 도 11 을 비교하면, 압전 트랜스포머의 도시한 실시예는 발전부의 전극 (7A 및 7B) 구조에 있어서, 도 11 에 나타낸 종래 압전 트랜스포머와 다르다. 압전 트랜스포머의 도시한 실시예의 발전부 (6) 에서, 압전 세라믹 판 (1) 의 상부 및 하부의 주면 각각에 연장된 스트립 (strip) 형 전극이 서로 독립적으로 제공된다. 구동부의 전극 (2L, 3L, 2R 및 3R) 상의 각 외부 입력 단자 (4A 내지 4B) 사이의 접속점 (10A, 9A, 10B 및 9B) 은, 트랜스포머의 장축 방향으로 제 3 차 모드에서 기계적인 공진의 진동 절점의 역할을 한다. 또한, 발전부의 전극 (7A 및 7B) 과 외부 출력 단자 (8A) 사이의 접속점 (11A 및 11B) 은, 장축 방향의 제 3 차 모드의 공진을 위한 절점의 역할을 한다.

트랜스포머의 도시한 실시예의 제조에서는, 우선, 큰 전기 기계 결합 계수 및 큰 기계 품질 계수를 갖는 압전 세라믹 재료, 예를 들어, NEPEC8 (회사명 : 가부시끼 가이샤 도낀) 를 준비한다. 베이킹된 몸체를 길이 42 mm, 폭 10 mm 및 두께 1 mm 의 장판형으로 절삭하여 압전체 (1) 를 얻는다.

압전체 (1) 의 표면상에, 은 페이스트 (paste) 의 전극 패턴을 통상적인 후막 스크린 인쇄법에 의해서 형성하고, 600 ℃ 에서 베이킹한다. 압전체의 에지부에서의 전극 패턴의 확대 형태를 도 2a 내지 2b 에 도시한다.

우선, 도 2a 는 구동부의 전극을 도시한 도면이다. 전형적인 예로서, 구동부 (5L) 의 전극 (2L 및 3L) 이 도시된다. 구동부의 전극 (2L 및 3L) 에서, 압전체 (1) 의 3 개 에지 (장축 방향의 평행한 2 개의 에지 및 폭 방향에 평행한 하나의 에지) 에 대해, 0.4 mm 의 도색 방지부 (

) 를 제공한다.

한편, 발전부의 전극 (7A 및 7B) 을 나타낸 도 2b 를 참조하면, 발전부 (6) 에, 압전체 (1) 의 폭 (W=10mm) 의 전체 폭에 대해, 폭 W = 1 mm 의 스트립형 전극 (7A 및 7B) 을 형성한다.

다음으로, 분극 처리를 통해 압전체 (1) 에 압전적 활성을 부여함으로써, 트랜스포머로서의 동작을 가능하게 한다. 도 1 의 화살표에 의해서 나타낸 바와 같이, 분극은 각 방향에 대해 두께 방향 및 장축 방향으로 분리한 2 종류의 분극을 포함한다. 각 분극 조건은 동일하다. 분극은 150 ℃ 로 가열된 절연유 내에서 1.5 kv/mm 의 직류 전계를 인가하여 15 분 동안 유지함으로써 수행된다.

구동부의 두께 방향의 분극에 있어서, 전극의 도색 방지부가 없는 종래의 전극 패턴에서 방전할 확률은 약 5 % 인데 반해, 전극의 도색 방지부가 제공된 패턴에서는 방전이 발생하지 않는다. 이유는 도색 방지부가 없는 패턴에서, 처짐은 전극 에지에서, 은 페이스트의 스크린 인쇄시 발생되고, 1 mm 두께의 압전체의 측면상으로 은 페이스트가 유출되어 전계의 집중이 발생하여 방전이 쉽게 발생되는데 반해, 도색 방지부를 제공하여, 압전체의 상기 측면상으로의 은 페이스트의 유출을 방지하여 전계의 집중이 방지된다. 더욱이, 상부 및 하부 전극 (2L 및 3L) 사이의 전기력선을 직각으로 2 회 굽힘으로써 방전이 현저히 감소된다.

분극의 완료 후에, 절연유를 세척하고, 압전체 폭의 중간 위치의 진동의 절점에서 (전극 (2L, 3L, 2R 및 3R) 에 관련한 접속점 (10A, 9A, 10B 및 9B) 및 전극 (7A 및 7B) 에 대한 접속점 (11A 및 11B), 도 1 참조), 주석 도금 구리선을 납땜하여 외부 접속 단자를 형성한다.

상기와 같이 생산된 압전 트랜스포머 소자에 대해, 이하 상태에서의 열충격 테스트가 수행한다. 이 테스트는 압전 트랜스포머의 정상적인 동작을 가속하는 테스트가 된다.

(테스트 조건)

(1) 샘플 수 50 개

(2) 온도 -30 ℃ 내지 70 ℃ 사이에서 상승 및 하강을 반복

(3) 지속 시간 -30 ℃ 및 -70 ℃ 양측에서 30분간 유지

(4) 전기적 단자 모두 개방

비교를 위해, 발전부의 전극 (7A 및 7B) 에 대해서도, 압전체 (1) 의 에지와의 사이에 0.4 mm 의 전극 도색 방지부를 갖는 트랜스포머와, 발전부의 전극이 루프 구조인 트랜스포머를 참조로서 추가하여 동일 열충격 테스트를 실행한다. 도 3 은 이 테스트에서 200 회 까지 열 사이클을 반복할 때의 축적 고장율을 도시한다. 도 3 을 참고로 하여, 비교용으로 발전부의 전극 (7A 및 7B) 과 구동부의 전극 양측에 대해 도색 방지부를 제공한 트랜스포머는, 낮은 기계적 강도를 가져 200 사이클 (도 3 에서 곡선 200) 이전에 모든 트랜스포머에서 기계적 파손이 발생한다. 비교 참조에서, 트랜스포머의 도시한 실시예 및 루프 구조의 출력 전극을 갖는 트랜스포머는 발전부의 전극 패턴을 제외하고 동일 구조 및 동일 제조 조건을 갖는다. 따라서, 발전부의 전극 패턴이 분극후 (도 3 의 점 100) 트랜스포머 소자의 기계적 강도에 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

파손된 소자를 관찰하면, 파손 위치는 압전체 (1) 의 장축 방향의 중앙에서발전부의 전극 (7A 및 7B) 을 따라 크랙이 발생된다. 따라서, 중앙의 발전부의 전극 주위의 응력 분석은 압전 효과를 고려한 유한요소법에 의해서 실행된다. 결과적으로, 도색 방지부가 발전부의 전극상에 형성되는 경우, 도색잔류 부분 특히, 전극의 직각 코너부 부근에 큰 응력이 발생하여, 이 부분의 크랙들이 기계적 강도를 저하시키는 원인으로 판명되었다.

한편, 열 충격 테스트 동안 압전 트랜스포머 소자상에는, 2 종류의 응력이 작용한다.

(1) 열 충격에 기인하는 열 응력

(2) 초전기 효과 (pyroelectric effect) 에 의해 발생된 전압에 의한 역압전 효과에 의한 스트레인 (strain) 에 기인하는 소자상에 작용하는 국지적 응력.

압전체의 파손은, 두 종류의 응력에 의해서 강도가 저하된 트랜스포머에서 발생되는 것으로 고려되어 진다. 도색 방지부가 제공되지 않은 발전부의 전극에 대해, 분극에 작용하는 응력이 현저히 감소되어 기계적 강도의 저하가 회피된다. 이에 관련하여, 열 충격 테스트시 (1) 의 효과에 의한 응력도 경감되어 압전체의 파손이 발생하기 힘들게 된다. 열충격 테스트 200 사이클 완료후의 압전 트랜스포머에 대해서는, 트랜스포머 동작이 정상인지를 재확인한다. 즉, 발전부의 전극이 루프 형태가 아닌 경우에도, 루프형 전극과 동등한 신뢰성을 얻을 수 있는 것이 확인된다. 또한, 승압이 약 100 시간 동안 지속되는 경우에도, 트랜스포머의 출력은 안정됐다. 한편, 발전부의 전극이 루프형인 트랜스포머의 경우에, 상기 시간까지 50 % 의 트랜스포머에 불안정성이 발견되었다. 불안정성이 발생한 트랜스포머의 70 % 에서 출력의 저하가 발생하였다. 출력 저하를 발생하는 트랜스포머를 관측하면, 전체적인 트랜스포머에서 전극의 파손이 관찰되었다. 즉, 발전부의 전극 구조의 구성으로서, 전극이 전체의 폭에 대한 상부 및 하부의 주요 표면상에 분리하여 제공된 구조가 신뢰성에 있어서 루프 구조보다 우수하다. 또한, 생산비 측면에서 더 적은 수의 공정 단계를 요구하는 상술한실시예가 루프형 전극보다 더 이점이 있다.

다음에, 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 2 실시예를 설명한다. 도 4 는 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 2 실시예를 도시한 사시도이다. 도 4 를 참조하면, 압전 트랜스포머의 실시예는 장축 방향으로 동등하게 분리된 3 개의 영역 (5, 6C 및 6R) 을 갖는다. 단부를 포함하는 제 1 영역 (5) 은 구동부로서 제공되고, 다른 두 개의 영역 (6C 및 6R) 은 발전부로서 제공된다. 입력단자 (4A 및 4B) 에 인가되는 교류 전류는 장축을 따라 제 3 차 모드에서 기계적인 공진을 발생시킨다.

압전 트랜스포머의 실시예는 제 1 실시예에서 사용한 재료와 같은 재료로 제조된다. 또한, 압전 트랜스포머의 외부 치수는 동일하다. 그러나, 구동부 및 발전부의 레이아웃은 다르고, 이에 대응하여, 전극 구조도 다르다. 즉, 구동부 (5) 에서, 상부 및 하부의 주요 표면의 거의 전 영역으로 확장된 전극 (2 및 3) 이 제공된다. 이들 전극 (2 및 3) 에는, 압전체 (1) 의 에지에 대해 전극에 도색 방지부가 제공된다. 한편, 발전부에서, 장축 방향의 중앙 (영역 (6C 내지 6R) 사이의 경계) 에서, 전극 (7A 및 7B) 은 상부 및 하부 표면상에 제공된다.

이들 전극 (7A 및 7B) 에 대해서는, 도색 방지부가 제공되지 않기 때문에, 양 전극 (7A 및 7B) 은 압전체 (1) 의 전체의 폭에 대해 형성된다. 발전부의 단면상에, 보조 전극 (70) 이 단면의 전 영역에 형성된다. 보조 전극 (70) 은 구동부 전극 (2) 의 전위와 동일한 전위를 갖도록 접속된다. 이 트랜스포머에서, 교류 입력 전압 (e_in) 을 구동부의 전극 (2) 및 단면상의 전극 (70) 과 전극 (3) 사이에 인가하여, 압전체 (1) 를 장축방향으로 제 3 차 모드로 종진동시켜, 발전부의 중앙에 있는 전극 (7A 및 7B) 사이의 승압 출력 전압 (e_out) 을 취출한다. 이 경우에, 발전부의 단면상에 보조 전극 (70) 이 구비되지 않으면, 승압된 전압은 발전부의 길이 (영역 (6C) 의 길이와 영역 (6R) 의 길이의 합) 로부터 획득될 전압에 거의 절반인, 영역 (6C) 의 길이예 대응하는 전압에만 도달될 수도 있다. 발전부의 단면상의 보조 전극 (70) 은 출력의 저하를 방지하여 온전한 전압을 취출한다.

압전 트랜스포머의 실시예의 제조시에, 구동부의 분극 및 발전부의 분극에 필요한 직류 전계를 인가하기 위하여, 각 전극은 이하 방법으로 접속된다. 즉, 구동부 (5) 의 분극시에는, 구동부의 전극 (2 및 3) 사이에 전압을 인가하여 압전체 (1) 의 두께 방향으로 전계를 인가한다. 반면에, 발전부의 분극시에는, 구동부 표면상의 전극 (2 및 3) 이 등전위가 되도록 단락된다. 그후, 전극 (2 및 3) 및 보조 전극상에 전압이 인가된다.

상술한 실시예에서도, 발전부 전극 (7A 및 7B) 의 양단에 0.4 mm 의 도색 방지부가 제공된 트랜스포머를 비교 참조로써 형성한다. 도 4 에 도시된 구조를 갖는 트랜스포머와 비교 참조 트랜스포머에 대해, 제 1 실시예의 조건과 같은 조건하에서 열 충격 테스트를 수행하였다. 결과는, 제 1 실시예와 유사하며, 발전부의 전극에 도색 방지부를 갖는 비교 참조 트랜스포머는 테스트 중에 모두 파손됐다. 이에 반해, 도 4 에 도시된 바와 같이 출력 전극 (7A 및 7B) 이 압전체 (1) 의 전체 폭에 형성된 트랜스포머는 정상적으로 동작한다.

다음, 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 3 실시예를 설명한다. 도 5 는 압전 트랜스포머의 제 3 실시예를 도시한 사시도이다. 도 5 를 참조하면,압전 트랜스포머는 장축을 따라 압전체를 동등하게 분할하여 구획된 2 개의 영역 (5 및 6) 을 갖는다. 하나의 영역 (5) 은 구동부의 역할을 하고 다른 영역 (6) 은 발전부의 역할을 한다. 도시한 압전 트랜스포머는 장축의 기본 모드로 기계적으로 구동되는 종래 압전 트랜스포머이다. 종래의 압전체는 입력 단자중 하나와 출력 단자중 하나가 공통 단자로서 형성된 3 개의 단자구조를 갖는 반면에, 도시한 실시예는 각 입력 및 출력 단자가 서로로부터 각각 완전히 분리된 4 개의 단자 구조를 갖는다. 발전부와 구동부 사이의 경계 근처에 위치된 전극 (71A 및 71B) 은 4 개의 단자 구조에 필요한 보조 전극이다. 이들 보조 전극 (71A 및 71B) 은 도색 방지부가 제공되지 않기 때문에, 양 전극 (71A 및 71B) 은 압전체 (1) 의 전체의 폭에 걸쳐 형성된다. 보조 전극 (71A 및 71B) 은 서로 등전위를 갖도록 접속되고, 구동부의 전극 (2 및 3) 및 발전부의 단면상의 출력 전극 (7)상의 전위는 서로 독립적이다. 한편, 본래의 출력 취출 전극 (7) 은 발전부의 단면상에 형성되어 단면의 전 영역에 대해 확장한다. 이 트랜스포머에서, 구동부의 전극 (2 및 3) 사이에 교류 입력 전압 (e_in) 을 인가함으로써, 압전체 (1) 가 구동되어, 장축 방향으로 기본 및 기초 모드에서 장축 진동을 발생시키고, 발전부의 전극 (7) 과 발전부의 보조 전극 (71A 및 71B) 사이에서 승압 출력 전압 (e_out) 이 취해진다.

압전 트랜스포머의 실시예의 제조에 있어서, 제조 공정시 구동부의 분극 및 발전부의 분극에 대해 필요한 직류 전계를 인가하기 위하여, 각 전극은 이하 방법으로 접속된다. 즉, 구동부 (5) 의 분극시에는, 구동부의 상부 및 하부 전극 (2 및 3) 사이에 전압을 인가하여 압전체 (1) 의 두께 방향으로 전계를 인가한다.한편, 발전부 (6) 의 분극시에는, 발전부의 보조 전극 (71A 및 71B) 과 발전부의 단면상의 전극 (7) 사이에 전압을 인가하여 압전체 (1) 의 장축을 따라 전계를 인가한다.

도시한 실시예에 있어서, 압전체 (1) 의 치수는 길이 35 mm, 폭 10 mm 및 두께 1 mm 이다. 제 1 실시예와 유사한 NEPEC8 을 이용하여, 스크린 인쇄로 소결체상에 Ag 전극을 형성한다. 이러한 경우에도, 도색 방지부가 보조 전극 (71A 및 71B) 의 양단에 제공되면, 장축 방향으로 발전부의 분극시 보조 전극의 채워지지 않은 직각 코너부상에서 전계 집중이 발생될 수 있다. 결과적으로, 마이크로 크랙이 압전체내에 형성되어 기계적 강도의 신뢰성을 저하시킨다. 따라서, 보조 전극 (71A 및 71B) 은 전체의 폭에 대해 형성된다. 한편, 구동부의 전극 (2 및 3) 에는, 압전체 (1) 에 대하여 도색 방지부를 형성하여, 구동부의 두께 방향의 분극은 방전을 회피하여 안정되게 수행된다.

진동수명 및 도시된 실시예의 압전 트랜스포머의 신뢰성은 제 1 실시예와 유사한 열충격 테스트에 의해서 체크될 수 있다. 실제로 이 테스트가 수행되어도, 테스트 중에 파손이 발생한 트랜스포머는 없고, 테스트 후에도 정상적인 동작이 유지됐다. 이에 의해서, 도색 방지부를 제공하지 않은 효과는 보조 전극에 대해서도 재확인 될 수 있다.

상술된 제 1 내지 제 3 실시예의 결과로부터, 압전체의 두께 방향으로 분극을 안정하게 수행하기 위해 구동부의 상부 및 하부 전극에는 압전체에 대하여 도색 방지부를 제공하지 않고, 장축 방향으로 분극에 사용되는 전극 (발전부의 출력 전극 또는 보조 전극) 에는 압전체에 대하여 도색 방지부를 제공하지 않음으로써, 진동 모드 및 전극의 배치가 변화되는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음, 본 발명에 따른 압전 트랜스포머의 제 4 실시예를 설명한다. 도 6 은 압전 트랜스포머의 제 4 실시예를 도시한 도면이다. 도 6 을 참조하면, 압전 트랜스포머는 전극 (7A 및 7B) 의 단부 (에지부) 가 압전체 (1) 의 주면의 단부와 점접촉 된다는 점이, 도 1 에 도시한 압전 트랜스포머와 다르다. 즉, 도 6 에서 C 부분의 확대도면인 도 7 에 도시된 바와 같이, 발전부의 전극 (7A 및 7B) 의 단부와 압전체 (1) 의 주면의 단부 사이의 접촉점 (7'- b) 은 약 0.5 mm 이다.접촉 부분 (7'- b) 의 양측에서의 경사각 (7'- a) 은 약 10 도이다.

따라서, 스크린 인쇄에 의해서 발전부에 전극 (7A 및 7B) 의 단부를 형성함으로써, 압전체 (1) 의 측부 에지상을 흐르는 전극 페이스트의 양이 제어될 수 있다. 요약하면, 압전 트랜스포머의 도시한 실시예에서, 압전체 (1) 의 에지상을 흐르는 전극 페이스트의 양이 감소하여 전극 인쇄의 요동을 제한한다.

따라서, 도시된 압전 트랜스포머의 실시예에서, 발전부에서 전극처짐의 양은 제어될 수 있다. 따라서, 압전체의 측면의 일부를 도시한 도 8a 에 도시한 바와 같이, 압전체 (1) 의 주면의 단부에 대한 응력 집중은 전극을 베이킹하는 동안 압전체 (1) 및 전극 (7A 및 7B) 의 확장 및 축소에 기인한다. 즉, 전극처짐 (12) 에 의해서 세라믹의 팽창력 (30) 및 전극의 팽창력 (31) 이 전극을 베이킹하는 동안 발생되지만, 이들 힘에 의한 응력 집중은 완화된다. 도 8b 에 도시한 바와 같이, 분극시 응력 (32 및 33) 을 감소시킬 수 있어 분극화하는 동안 응력 집중을 더욱 감소시킨다.

한편, 도 9 에 도시한 바와 같이, 가열 및 냉각시에 전극과 세라믹 사이의 계면상에 작용하는 응력은 주면상에만 생성된다. 따라서, 소자의 파손을 야기하는 압전체의 주요 단부에서의 마이크로 크랙의 생성을 억제할 수 있다. 도 9 에서, 화살표 (4) 는 크랙의 진행 방향 (전극의 필링 (peeling) 방향) 을 표시한다.

상술한 바와 같이, 발전부에서의 전극처짐 (12) 의 양은 제어되고, 분극의 편차가 억제되어, 구동시 전극처짐의 영향을 작게한다.

여기서, 도 7 을 참조하면, 접촉부 (7'- b) 가 임의의 폭을 가질 때, 폭을 가능한 단축하는 것이 바람직하다. 즉, 발전부의 전극 (7A 및 7B) 의 단부와 주면의 단부사이에 점접촉을 형성하는 것이 이상적이다. 전극으로 이용되는 재료의 종류 및 순도에 따라, 실제로는 도시된 바와 같이 어느 정도의 폭을 갖게된다.

도시한 실시예에서 압전 트랜스포머에 관련하여 진동의 수명이 평가되는 경우, 어떤 것도 파손되지 않고 고신뢰성을 성취한다. 한편, 열충격 시험이 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로 실행되는 경우, 어느 것도 파손되지 않는다.

상술한 바와 같이, 전극 구조를 최적화 함으로써, 압전체의 측면상에서의 전극 페이스트의 흐름이 용이하게 또한 염가로 제어되어, 이상적인 로센 (Rosen) 제 3 차 모드로 진동하며 신뢰성이 높은 압전 트랜스포머가 제공된다.

한편, 발전부의 전극의 형태가 도 10a 내지 10d 에 도시한 바와 같이 선택되어도, 도 6 에 도시한 바와 같은 형태의 발전부의 전극과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

도 10a 에 도시된 전극 (40) 은 단부 (40'- a) 를 가지며, 단부의 폭은 계단 형태로 점점 감소된다. 단부 (40'- a) 의 팁단부와 압전체 (1) 주면의 단부는 점접촉으로 접촉된다. 단부 (40'- a) 이외의 전극 (40) 의 폭은 균일하다. 이런 형태의 전극을 형성하면, 전극처짐의 양이 제어되어 도 6 에 도시된 형태의 발전부 전극과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

도 10b 에 도시한 전극 (41) 은 단부 (41'- a) 를 가지며, 단부의 폭은 호 (弧) 형태로 점차 감소된다. 단부 (41'- a) 의 팁 단부와 압전체 (1) 의 주면의 단부는 점접촉으로 접촉된다. 단부 (41'- a) 이외의 전극 (41) 폭은 균일하다.이런 형태의 전극을 형성하면, 전극처짐의 양이 제어되어 도 6 에 도시된 형태의 발전부 전극과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

도 10c 에 도시한 전극 (42) 은 팁단부가 호에 의해서 접속되는 형태를 갖는다. 단부 (42'- a) 의 팁 단부와 압전체 (1) 의 주면의 단부는 점접촉으로 접촉된다. 이런 형태의 전극을 형성하면, 전극처짐의 양이 제어되어 도 6 에 도시된 형태의 발전부 전극과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

도 10d 에 도시한 전극 (43) 에는 출력 단자와의 접속점을 확보하기 위한 랜드 (land ; L) 가 제공된다. 랜드 (L) 이외의 전극 (43) 은 가는 직선 형태이다. 단부 (43'- a) 의 팁 단부와 압전체 (1) 의 주면의 단부는 점접촉으로 접촉된다. 이런 형태의 전극을 형성하면, 전극처짐의 양이 제어되어 도 6 에 도시한 형태의 발전부 전극과 유사한 효과를 얻을 수 있다. 설명의 편의를 위해서, 랜드 (L) 이외의 전극 (43) 부는 임의의 폭을 가지지만, 가늘면 가늘수록 상술된 효과는 현저하다.

요약하면, 도 10a 내지 10d 에 도시한 전극을 형성한 경우에도, 압전 세라믹 소자의 분극시에 약 5 % 정도의 방전 발생 확률을 완전하게 회피할 수 있다. -30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 사이에서 상승 및 하강을 반복하는 열 충격 테스트에서도, 200 사이클까지도 기계적인 파손 없이 트랜스포머의 기능을 수행한다. 더욱이, 테스트 후에, 100 시간 이상 구동을 지속하는 경우에도 출력은 안정되어 있다. 발전부의 전극 페이스트의 처짐이 용이하게 제어될 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 전극 구조를 갖는 압전 트랜스포머를 감소된 공정 단계를 통해 제조할 수 있어 원가절감을 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전극 에지와 압전체의 에지사이에 도색 방지부를 제공하고, 발전부에서는 전극 페이스트의 도색 방지부를 제공하지 않고 전 표면에 대해 전극을 연장한다. 따라서, 기계적인 강도가 높고 신뢰성이 높으며, 전극의 파손에 기인하는 트랜스포머 출력의 불안정성을 회피할 수 있는 압전 트랜스포머를 저렴하게 얻을 수 있다. 또한, 발전부에서 전극의 단부와 압전체의 주면의 단부가 점접촉을 하여 전극 페이스트의 처짐을 제어함으로써, 이상적인 로센 제 3 차 모드 진동을 갖는 신뢰성이 높은 압전 트랜스포머를 실현할 수 있다.

비록, 발명을 설명하고 발명의 예시적인 실시예에 관련하여 서술했지만, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 당해 분야에 숙련된 기술자에 의해서 본 발명에 대해 다양한 변경, 생략 및 추가가 행해질 수 있는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정된 것이 아니라 첨부된 청구항에 설정된 양태와 관련하여 청구항과 동등하거나 범주 내에서 실시될 수 있는 가능한 모든 실시예를 포함하는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (9)

1. 두께 방향으로 분극된 구동부와 장축 방향으로 분극된 발전부로 분할된 장판형 압전 세라믹 판으로 형성된 압전체,

   상기 구동부 및 상기 발전부의 각 표면상의, 전극 페이스트의 스크린 인쇄에 의해서 형성된 전극을 구비하되,

   상기 구동부의 전극은 상기 압전체의 에지에 대해 스크린 인쇄시 도색 방지부가 제공되고,

   상기 발전부의 전극은 상기 압전체를 사이에 두고 서로 대향하는 위치에, 상기 압전체의 2 개의 주면의 전체 폭에 걸쳐 형성된 한 쌍의 스트립형 전극을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부에서는 압전체의 장축 방향으로 제 3 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점이 양 에지 영역에 제공되고, 상기 발전부에서는 제 3 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점이 중앙영역에 제공되며, 상기 한 쌍의 스트립형 전극은 중앙영역의 장축방향으로 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부에서는 압전체의 장축방향으로 제 3 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점이 하나의 에지 영역에 제공되고, 상기 발전부에서는 제 3 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점이 중앙영역 및 다른 하나의 에지 영역에 제공되며, 상기 한 쌍의 스트립형 전극은 상기 중앙영역과 상기 다른 하나의 에지 영역 사이의 경계에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부에서는 압전체의 장축방향으로 제 1 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점이 하나의 에지 영역에 제공되고, 상기 발전부에서는 제 3 차 모드의 기계적 공진을 위한 절점이 다른 하나의 에지 영역에 제공되며, 상기 한 쌍의 스트립형 전극은 상기 하나의 에지 영역과 상기 다른 하나의 에지 영역 사이의 경계 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스트립형 전극은 상기 압전체의 주면의 단부와 점접촉으로 접촉하는 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 전극의 단부는 호 형태이고, 상기 호상의 한점이 상기 주면의 단부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 전극의 단부는 그 폭이 계단형태로 점차 감소하며, 최소폭을 갖는 부분이 상기 주면의 단부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 스트립형 전극은 양 단부 사이에 연장된 호에 의해 규정된 형이고, 상기 단부는 상기 주면의 단부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 전극의 단부는 직선 형태이고, 상기 직선 단부가 상기 주면의 단부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.

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