KR100550058B1 - 압전 트랜스 - Google Patents

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KR100550058B1
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

큰 전력을 취급하는 용도로서 압전 트랜스의 소형화를 도모하면, 변형의 증가에 의한 발열에 의해서, 특성에 악영향을 미쳐서, 고효율화가 곤란하다.
고차(高次) 모드의 진동을 이용하고, 또한 1차측 전극을 복수의 전극으로써 형성해서 실효적 전기-기계 결합계수를 크게 함으로써, 소형으로서 대출력의 압전 트랜스를 실현한다.

Description

압전 트랜스{PIEZOELECTRIC TRANSFORMER}
도 1은 본 발명에 의한 실시형태 1의 압전 트랜스의 사시도.
도 2는 도 1의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 3은 종래의 압전 트랜스와, 1차측 전극의 길이에 대한 실효적 전기-기계 결합계수의 변화를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 실시형태 1의 압전 트랜스와, 1차측 전극의 길이에 대한 실효적 전기-기계 결합계수의 변화를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 의한 실시형태 1의 압전 트랜스와, 종래의 압전 트랜스와의 임피던스를 비교한 도면.
도 6은 본 발명에 의한 실시형태 2의 압전 트랜스의 사시도.
도 7은 도 6의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 8은 본 발명에 의한 실시형태 3의 압전 트랜스의 사시도.
도 9는 도 8의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 10은 본 발명에 의한 실시형태 4의 압전 트랜스의 사시도.
도 11은 도 10의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 12는 본 발명에 의한 실시형태 5의 압전 트랜스의 (1)사시도, (2)폭 방향 단면도, (3)본 발명에 의한 실시형태 5의 압전 트랜스의 변형예의 축방향 단면도.
도 13은 도 12의 (1)의 압전 트랜스의 측면도.
도 14는 도 12의 (1)의 압전 트랜스의 다른 실시예를 나타내는 측면도.
도 15는 본 발명에 의한 실시형태 6의 압전 트랜스의 사시도.
도 16은 본 발명에 의한 실시형태 6의 압전 트랜스의 또 하나의 실시예를 나타내는 사시도.
도 17은 도 16의 압전 트랜스의 전극 접속을 나타내는 사시도.
도 18은 본 발명에 의한 실시형태 7의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)전하 분포도.
도 19는 본 발명에 의한 실시형태 7의 다른 예인 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)전하 분포도, (3)변위 분포도.
도 20은 본 발명에 의한 실시형태 8의 압전 트랜스의 사시도.
도 21은 본 발명에 의한 실시형태 9의 압전 트랜스의 사시도.
도 22는 도 21의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도.
도 23은 본 발명에 의한 실시형태 10의 압전 트랜스의 사시도.
도 24는 도 23의 압전 트랜스의 측면도.
도 25는 본 발명에 의한 실시형태 10의 압전 트랜스에 냉음극관을 접속한 측 면도.
도 26은 본 발명에 의한 실시형태 10의 압전 트랜스의 또 하나의 예를 나타내는 사시도.
도 27은 도 26의 압전 트랜스의 측면도.
도 28은 본 발명에 의한 압전 트랜스를 이용한 승압회로의 구성을 나타내는 블록도.
도 29는 본 발명에 의한 압전 트랜스를 이용한 냉음극관 발광장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 30은 도 29의 냉음극관 발광장치를 이용한 액정 패널을 나타내는 도면.
도 31은 종래의 1출력의 λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도.
도 32는 도 31의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 33은 종래의 2출력의 λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도.
도 34는 도 33의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 35는 종래의 1출력의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 시시도.
도 36은 도 35의 압전 트랜스의 (1)측면도, (2)변위 분포도, (3)응력 분포도, (4)전하 분포도.
도 37은 도 33의 압전 트랜스를 3λ/2 진동 모드에서 여진시킨 경우의 (1)측면도, (2)전하 분포도, (3)변위 분포도.
도 38은 도 37의 압전 트랜스에 있어서, 중앙의 전극의 길이를 짧게 한 경우의 (1)측면도, (2)전하 분포도, (3)변위 분포도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200, 240 : 압전 트랜스 202, 242 : 구형판(矩形板)
203, 204, 205, 206, 207, 208, 243, 244, 245, 246, 247, 248 : 1차측 전극
216, 217, 256, 257 : 2차측 전극
본 발명은, 압전 세라믹 등의 압전체의 압전효과에 의해서 교류전압의 진폭치를 변환하는 압전 트랜스에 관한 것이다.
고압전원용 승압 트랜스로서 개발이 진행된 압전 트랜스는, 당초, 압전 세라믹 재료의 파괴 강도 등의 재료적 제약에 의해서, 제품화가 진행되지 않았다. 그러나, 최근의 고강도 압전 세라믹 재료 개발의 진전, 및 노트북형 개인용 컴퓨터나 휴대용 단말기 등의 휴대용 정보기기의 소형화, 박형화(薄型化)의 수요가 높아짐에 따라서, 압전 트랜스는, 이 들 기기에 탑재되어 있는 액정 백라이트(back light)의 인버터 전원용 트랜스로서 다시 주목을 받고 있다.
예로서, 액정 백라이트용 인버터는, 백라이트 광원으로서 사용되는 냉음극 형광관(螢光管)의 점등 전원으로서 사용되고 있고, 전지 등에 의한 3V 내지 12V 정도의 직류전압으로부터, 전압으로서 점등 시작시의 1kVrms, 정상 점등시의 500Vrms 정도, 주파수로서 60kHz로부터 80kHz 정도의 고주파 고전압으로의 변환이 요구된다. 현재, 백라이트용 인버터에 사용되고 있는 전자(電磁) 방식 권선(卷線) 트랜스는, 특수 형상의 코어에 의한 횡형(橫型) 구조의 트랜스를 이용함으로써, 박형화에 대응하고 있지만, 수 kVrms라고 하는 고전압에 대한 절연 내압 확보 때문에, 소형화, 및 박형화에는 한계가 있다. 또한, 고승압을 위해서 권선수를 증가시키는 가느다란 동선을 사용하므로, 권선 손실이 커지고, 변환 효율이 떨어진다. 또한, 코어의 재질에 의한 손실이 발생하는 결점도 있다.
이것에 대하여, 압전 트랜스는, 티탄산지르콘산납(PZT)등의 압전 세라믹 재료, 또는, 니오브산리튬 등의 압전 결정(結晶)재료에, 1차측(입력측), 및 2차측(출력측)의 전극을 형성한 것이다. 이 1차측 전극에, 주파수가 압전 트랜스의 공진주파수 근방인 교류전압을 인가하여, 압전 트랜스를 기계적으로 진동시키면, 이 기계적 진동이 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되어서, 1차측 전극에 대한 2차측 전극의 임피던스비에 따라서, 2차측 전극으로부터 고전압으로서 출력할 수 있다. 압전 트랜스는, 전자 트랜스보다도 소형화, 박형화가 가능해서, 높은 변환 효율을 실현할 수 있다.
이하에, 도면을 참조하면서 종래의 압전 트랜스에 대해서 설명한다.
우선, 도 31은 종래의 압전 트랜스(100)의 사시도이다. 압전 트랜스(100)는, 압전재료로 된 구형판(矩形板)(102)에 있어서, 두께 방향에 수직인 주면(主面)의 대략 좌측 반부(半部)에, 대향하는 1차측(입력측) 전극인 전극(104), 전극(106)이 형성되고, 길이 방향의 한쪽의 단면(端面)에, 2차측(출력측) 전극인 전극(108)이 형성된다. 구형판(102)의 재질이 티탄산지르콘산납(PZT)등의 압전 세라믹인 경우에는, 구형판(102)은, 도 31에 화살표로 나타내는 바와 같이, 전극(104), 및 전극(106)을 이용해서, 좌측 반부에 미리 두께 방향으로 분극(分極)되어 있고, 전극(104), 전극(106), 및 전극(108)을 이용해서, 우측 반부에 미리 길이 방향으로 분극되어 있다. 여기서, 전극(106)을 공통 전극으로 하여, 전극(104)과, 전극(106) 사이에, 주파수가, 구형판(102)의 길이 방향으로 신축(伸縮)하는 기계적 진동을 여진(勵振)하는 압전 트랜스(100)의 공진주파수 근방인, 교류전압을 인가하면, 압전 트랜스(100)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진하고, 이 기계적 진동이 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되어서, 1차측 전극인 전극(104)과 전극(106)에서 구할 수 있는 임피던스에 대한, 2차측 전극인 전극(108)과 전극(106)에서 구할 수 있는 임피던스의 비(比)에 따라서, 고전압으로서 2차측 전극인 전극(108)과 전극(106)과의 사이에서 출력할 수 있다.
도 32의 (1)은 도 31에 나타낸 압전 트랜스(100)의 측면도이다. 도 32의 (1)의 화살표는, 구형판(102)이 미리 분극된 방향을 나타낸다. 도 32의 (2)는, 압전 트랜스(100)가, 길이 방향으로 1/2파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축(橫軸)은, 압전 트랜스(100)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축(縱軸)은, 어느 순간의 압전 트랜스(100)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, + 방향에는 압전 트랜스(100)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, - 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다. 또한, 압전 트랜스(100)가 도 32의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구 형판(102)의 내부 응력 분포를 도 32의 (3)에, 진동에 의해서 유기되는 전하 분포를 도 32의 (4)에 각각 나타낸다. 도 32의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스 (100)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향에의 압축, 신장(伸張) 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 32의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(100)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전하량을 나타낸다. 도 32의 (3), 및 (4)에서, 구형판의 중앙 부분, 즉, 진동의 변위가 0인 부분에 있어서, 구형판 내부의 응력이 최대가 되고, 유기되는 전하량도 최대가 되는 것을 나타낸다. 도 32의 (2)에 나타낸 변위 분포와 같이, 2분의 1파장의 기계적 진동을 여진시키는 압전 트랜스는, 일반적으로, λ/2 진동 모드(λ는 1파장을 나타낸다)의 압전 트랜스라고 한다.
압전 트랜스는, 일반적으로, 기계적 진동에 의한 변형이 극단적으로 커지면, 파단(破斷)하는 가능성이 높아지고, 신뢰성이 저하하게 된다. 따라서, 압전 트랜스 기계적 진동의 진폭은 될 수 있는 한 억제 할 필요가 있다. 여기서, 압전 트랜스의 두께나 폭을 크게 하면, 큰 전력을 취급하는 경우에도 압전 트랜스의 기계적 진동의 진폭을 작게 할 수 있다. 그러나, 압전 트랜스를 도입하는 시스템이나 기기에서 압전 트랜스를 사용할 수 있는 공간이 제한되면, 형상만에 의한 탄성 변형의 억제에는 한계가 있다.
또한, 압전 트랜스로써 취급하는 전력이 수 W 정도의 소전력이라도, 휴대용 기기 등의 시스템에 도입하기 위해서는, 압전 트랜스의 당연한 소형화, 박형화, 및 저배화(低背化)를 실현하지 않으면 안되고, 그 경우에는, 압전 트랜스의 단위 체적당 취급하는 전력은 커진다. 따라서, 큰 전력을 취급하는 경우와 마찬가지로, 기계적 강도의 점에서, 신뢰성이 높은 소형, 및 박형의 압전 트랜스를 실현할 수 없다고 하는 과제가 있다.
또한, 압전 트랜스를 구성하는 구형판의 재질이 압전 세라믹인 경우, 분극 방향이 불연속한 부분은, 분극시에 발생하는 변형의 영향에 의해서, 분극 방향이, 연속한 부분에 비해서 기계적인 강도가 약하다. 그러나 도 31, 도 32의 (1)에 나타내는 바와 같은 종래의 λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(100)에서는, 구형판(102)에 있어서, 통상의 동작시에 큰 응력이 발생하는 부분(도 32에서의 점P)과, 분극이 불연속한 부분[구형판(102)에 있어서, 전극(104) 및 전극(106)의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(108)측의 단부 근방]이 대략 일치한다. 따라서, 압전 트랜스가 취급하는 전력이 커져서 기계적 진동의 진폭이 증대하면, 큰 응력이 분극 방향이 불연속한 부분에 발생하여, 깨어짐이 발생하기 쉽게 되는 과제가 있다.
또한, 구형판(102)에, 분극 처리를 필요로 하지 않는 압전 단결정을 이용한 경우(이 경우, 도 31, 및 도 32의 (1)에 있어서의 화살표는 c축 배향(配向)의 방향을 나타낸다)에도, 이 구조의 압전 트랜스를 실현하기 위해서는, c축의 방향이 상이한 소자의 접착, 및, 압전 세라믹의 분극 처리에 상당하는 방법으로써 c축의 방향을 변경하는 것을 실행해야 하므로, 압전 세라믹의 경우와 마찬가지로, 압전 단결정에 있어서 c축 방향의 방향이 불연속한 부분의 기계적 강도는, 연속적인 부분에 비해서 약하게 되어 있다. 따라서, 압전 트랜스가 취급하는 전력이 커져서 기계 적 진동의 진폭이 증대하면, 큰 응력이, c축 방향의 방향이 불연속한 부분에 발생하고, 깨어짐이 발생하기 쉽게 되는 과제가 있다.
이어서, 종래의 또 다른 압전 트랜스로서, 특개평 제9-74236호 공보 등에 개시되어 있는 압전 트랜스를 설명한다. 이 압전 트랜스는, 도 31에 나타내는 압전 트랜스(100)와 상이하고, 기계적 진동에 의한 응력이 최대가 되는 부분과, 분극의 방향이 불연속한 부분이 일치하지 않는 구조로 되어 있다.
도 33에, 기계적 진동에 의한 응력이 최대가 되는 부분과, 분극의 방향이 불연속한 부분이 일치하지 않는 λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(120)의 사시도를 나타낸다. 압전 세라믹 재료로써 된 구형판(122)에 있어서, 1차측(입력측) 전극인 전극(124), 및 전극(126)이, 구형판(122)의 두께 방향에 수직인 2개의 주면의 중앙부에, 두께 방향으로 대향하도록 형성되고, 2차측(출력측) 전극인 전극(128), 및 전극(130)은, 구형판(122)의 길이 방향의 2개의 단면에, 길이 방향으로 대향하도록 형성된다. 도 33에 화살표로써 나타내는 바와 같이, 구형판(122)은, 1차측 전극인 전극(124)과, 전극(126)과의 사이에서 두께 방향으로 분극되어 있고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 사이에서 길이 방향으로 분극되어 있다.
도 34의 (1)은, 도 33에 나타낸 압전 트랜스(120)의 측면도이다. 도 34의 (2), 도 34의 (3), 및 도 34의 (4)는, 각각 압전 트랜스(120)가 길이 방향으로 1/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포, 압전 트랜스(120)가 도 34의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구형판(122)의 내부 응력 분포, 및 진동에 의해서 구형판(122)에 유기되는 전하 분포를 나타낸다. 도 34의 (1)의 화살표는, 도 33에 나타낸 경우와 마찬가지로 분극 방향을 나타낸다. 도 34의 (2)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(120)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(120)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, + 방향에는 압전 트랜스(120)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, - 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 각각 나타내고 있다. 도 34의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(120)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향에의 압축, 신장 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 34의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(120)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부의 극성과 전하량을 나타낸다.
압전 트랜스(120)는, 도 31에 나타내는 압전 트랜스(100)와 마찬가지로, λ/2 진동 모드를 여진한다. 압전 트랜스(120)의 전극(126)을 공통 전극으로 하여, 1차측 전극인 전극(124)과 전극(126)과의 사이에, 주파수가, 구형판(122)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진하는 공진주파수 근방인, 교류전압을 인가하면, 압전 트랜스(120)는, 도 34의 (2)에 나타내는 바와 같은 변위 분포를 갖는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진하고, 이 기계적 진동이 압전 효과에 의해서 전압으로 변환된다. 변환된 전압은, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압으로서, 전극(126)과 전극(128)과의 사이, 전극(126)과 전극 (130)과의 사이에서 출력할 수 있다.
도 34에 나타내는 바와 같이, 압전 트랜스(120)에서는, 기계적 진동에 의한 응력이 최대가 되는 부분(도 34의 (3)에서의 점 P)과, 분극의 방향이 불연속한 부 분(구형판(122)에 있어서, 전극(124) 및 전극(126)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(128)측의 단부 근방이나, 전극(124) 및 전극(126)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(130)측의 단부 근방)이 일치하지 않는다. 따라서, 압전 트랜스(120)는, 큰 전력을 취급하기에 우수한 구조이다.
그러나, 도 34에 나타내는 압전 트랜스(120)는, 도 31에서 나타내는 압전 트랜스(100)와 마찬가지로, λ/2 진동 모드를 이용하고 있으므로, 단위 체적당 취급하는 전력이 커지면 기계적 진동의 진폭이 커져서 탄성 변형도 증가한다. 또한, 압전 트랜스를 도입하는 시스템이나 기기에 있어서, 압전 트랜스를 사용할 수 있는 공간이 제한되면, 형상에 의한 탄성 변형의 억제에 한계가 있다.
또한, 특허 제2850216호 공보 등에 있어서, 3λ/2 진동 모드를 이용하는 방법이 제안되어 있다. 이에 따라서, 기계적 진동의 진폭을 작게 해서 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수가 높아지므로, 한번의 진동으로써 취급하는 전력은 작게 하고, 진동 회수를 증가시킴으로써, 압전 트랜스가 큰 전력을 취급할 수 있도록 하고 있다.
이하에, 특허 제2850216호 공보 등에 개시되어 있는 압전 트랜스를 설명한다. 도 35는, 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(140)의 사시도이다.
압전 세라믹 재료 등으로 된 구형판(142)에 있어서, 1차측(입력측) 전극인 전극(143), 전극(144), 전극(145), 전극(146), 전극(147), 및 전극(148)은, 두께 방향에 수직인 2개의 주면에 형성되고, 2차측(출력측) 전극인 전극(154)은, 길이 방향의 한쪽의 단면에 형성된다. 전극(143)과 전극(144), 전극(145)과 전극 (146), 및 전극(147)과 전극(148)은, 각각 구형판(142)의 두께 방향으로 대향하도록 형성된다. 도 35에 화살표로 표시되어 있는 바와 같이, 구형판(142)은, 1차측 전극 사이에 있어서, 1차측 전극을 이용해서 미리 두께 방향으로 분극되어 있고, 또한, 1차측 전극인 전극(147), 전극(148)과, 2차측 전극인 전극(154)과의 사이에서, 전극(154)을 이용해서 미리 길이 방향으로 분극되어 있다.
도 36의 (1)은, 도 35에 나타낸 압전 트랜스(140)의 측면도이다. 도 36의 (1)의 화살표는, 도 35에 나타낸 경우와 마찬가지로 분극 방향을 나타낸다. 도 36의 (2), 도 36의 (3), 및 도 36의 (4)는, 각각 압전 트랜스(140)가 길이 방향으로 3/2파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포, 압전 트랜스(140)가 도 36의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구형판(142)의 내부 응력 분포, 및 진동에 의해서 구형판(142)에 유기되는 전하 분포를 나타낸다. 도 36의 (2)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(140)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(140)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, + 방향에는 압전 트랜스(140)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, - 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 각각 나타내고 있다. 도 36의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(140)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향에의 압축, 신장 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 36의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(140)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부의 극성과 전하량을 나타낸다.
압전 트랜스(140)에 있어서, 전극(144), 전극(145), 및 전극(148)은 전기적 으로 접속되어서 1차측 전극으로서, 전극(143), 전극(146), 및 전극(147)은 전기적으로 접속되어서 공통 전극으로서, 각각 구성되어 있다. 압전 트랜스(140)의 1차측 전극과 공통 전극과의 사이에, 주파수로서, 구형판(142)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진하는 공진주파수 근방인, 교류전압을 인가하면, 압전 트랜스 (140)는, 도 36의 (2)에 나타내는 바와 같은 변위 분포를 갖는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여기된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압으로서, 2차측 전극인 전극(154)과 공통 전극과의 사이에서 출력할 수 있다.
이 압전 트랜스(140)는, 3λ/2 진동 모드를 이용하고 있으므로, 압전 트랜스의 기계적 진동의 진폭을 작게 해서 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수가 높아지므로, 한번의 진동으로써 취급하는 전력은 작게 하고, 진동 회수를 증가시킴으로써, 큰 전력을 취급할 수 있다.
그러나, 이 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(140)에서는, λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(100)와 마찬가지로, 도 36의 (3)에 나타내는 바와 같이, 기계적 진동에 의한 응력이 최대가 되는 부분(도 36의 (3)에서의 점 P)과, 분극의 방향이 불연속한 부분(구형판(140)에 있어서, 전극(147) 및 전극(148)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(154)측의 단부 근방)이 대략 일치하고, 구형판(142)의 기계적 강도가 약한, 분극 방향이 불연속한 부분에 큰 응력이 발생하므로, 깨어짐이 발생하기 쉽게 되는 과제가 있다.
이상과 같은 과제에 대하여, 기계적 진동에 의한 응력이 최대가 되는 부분 과, 분극의 방향이 불연속한 부분이 일치하지 않는 λ/2 진동 모드의 압전 트랜스 (120)(도 33)의 구조에서, 3λ/2 진동 모드를 여진시키는 경우에 대해서 고려한다. 도 37의 (1)은, 도 33에 나타낸 압전 트랜스(120)의 측면도이다. 도 37의 (2)는, 압전 트랜스(120)에 3λ/2 진동 모드를 여진한 경우에 어느 시점에서 구형판(122)에 유기되는 전하 분포를 나타내고, 도 37의 (3)은, 구형판(122)에 도 37의 (2)에 나타내는 전하 분포가 유기될 때에 압전 트랜스(120)에 여진되는 기계적 진동의 길이 방향의 변위 분포를 나타내고 있다. 도 37의 (2)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(120)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부의 극성과 전하량을 나타낸다. 도 37의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스 (120)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 압전 트랜스(120)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, + 방향에는 압전 트랜스(120)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, - 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 각각 나타내고 있다.
이 경우에 있어서, 압전 트랜스(120)는, 3λ/2 진동 모드를 이용하고 있으므로, 압전 트랜스 기계적 진동의 진폭을 작게 하고, 탄성 변형을 억제할 수 있다. 또한, 기계적 진동에 의한 응력이 최대가 되는 부분과, 분극의 방향이 불연속한 부분이 일치하지 않고, 깨어짐이 발생하기 쉽다고 하는 과제가 해결된다.
그러나, 이 경우의 압전 트랜스에도, 이하와 같은 과제가 있다. 일반적으로, 압전 트랜스는, 1차측 전극에 입력한 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 또한, 그 기계 에너지를 2차측 전극으로부터 전기 에너지로서 출력하는 것이다. 1차 측 전극에 있어서의 압전체의 전기 에너지와 기계 에너지와의 변환할 수 있는 비율을 나타내는 실효적인 전기-기계 결합계수 keff가 크면, 전기 에너지를, 높은 비율로 기계 에너지로 변환할 수 있고, 압전 트랜스에 있어서 동일한 체적당 큰 전력을 취급할 수 있다. λ/2 진동 모드의 경우, 압전 트랜스의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff는, 구형판의 두께와 폭이 동일하면, 1차측 전극의 길이가 긴 쪽이 크다.
그러나, 도 37의 (1)에 나타내는 바와 같은 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스 (120)에 있어서, 1차측 전극인 전극(124), 및 전극(126)의 각각의 길이를, 구형판 (122)에 3λ/2 진동 모드를 여진시킨 경우에 유기되는 전하의 극성이 변경되는 점을 넘을 만큼 길게 설정하면, 1차측 전극의 길이가, 유기되는 전하의 극성이 변경되는 점을 넘지 않는 경우의 진폭(도 37의 (3)에 일점쇄선으로써 나타내는 진폭)의 최대치에 비해서, 전하가 서로 상쇄되는 부분(도 37의 (2)에 나타내는 사선부분) 만큼, 도 37의 (3)에 실선에서 나타내는 바와 같이, 압전 트랜스(120)의 진폭의 최대치는 작아진다. 이것은, 1차측 전극에서의 전기 에너지가 기계 에너지로 변환되는 비율인, 실효적 전기-기계 결합계수 keff가 작아지는 것에 상당한다. 따라서, 압전 트랜스가 취급할 수 있는 전력이 작아진다고 하는 과제가 생긴다.
한편, 진동에 의해서 유기되는 전하가 서로 상쇄되지 않도록, 압전 트랜스 (120)의 1차측 전극인 전극(124), 전극(126)을, 도 38의 (1)에 나타내는 바와 같이, 상기 진동에 의해서 유기되는 전하의 극성이 변경되는 점을 넘지 않는 길이로 하면, 도 38의 (2)에 나타내는 바와 같이, 전하가 서로 상쇄되지는 않고, 도 38의 (3)에 나타내는 바와 같이, 압전 트랜스(120)의 기계적 진동의 진폭의 최대치도, 도 37의 (3)에 실선으로 나타내는 진폭의 최대치보다도 커진다. 그러나, 1차측 전극인, 전극(124), 전극(126)의 각각의 길이가, 구형판(122)에 여진하는 2분의 3 파장 상당의 탄성파에 대하여 2분의 1파장에 상당하는 길이로 제한되고, 1차측 전극에 있어서의 실효적 전기-기계 결합계수 keff가 커질 수 없는 것에 상당하므로, 압전 트랜스(120)가 취급할 수 있는 전력이 제한된다고 하는 과제가 생긴다.
또한, 압전 트랜스에 접속하는 냉음극관 등의 부하에의 전류공급 능력을 크게 할 수 있도록, 출력 임피던스가 작은 압전 트랜스가 바람직하다. 또한, 승압비를 높게 설정할 수 있는 압전 트랜스가 바람직하다. 또한, 구동 효율이 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 작은 변형으로써 큰 전력을 취급할 수 있는 압전 트랜스가 바람직하다. 또한, 압전 트랜스의 제조에 관해서, 그 제조 공정수를 삭감하고, 제조에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 압전 트랜스의 진동을 저해하지 않고 압전 트랜스를 지지 고정하고, 압전 트랜스의 입출력측 각각의 전극과, 지지대 단자 등을 통해서 외부와 확실하게 전기적으로 접속할 수 있는 지지대를 제공할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 큰 전력을 취급할 수 있는 신뢰성이 높은 압전 트랜스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 1차측 전극의 전기-기계 결합계수 keff가 큰 압전 트 랜스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 승압비를 높게 설정할 수 있는 압전 트랜스를 제공하는 것이다.
본 발명의 기타의 목적은, 압전 트랜스의 제조 공정수를 삭감하고, 제조에 필요로 하는 시간을 단축하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서의 제1압전 트랜스는, 압전재료로 된 구형판과, 구형판 위에 형성된 1차측 전극, 및 2차측 전극을 구비하고, 1차측 전극에 교류전압을 인가하여, 구형판에, 구형판의 길이 방향으로 신축하는 2분의 3 파장 상당의 기계적 진동을 여진하고, 2차측 전극으로부터 전압을 출력시키는 압전 트랜스로서, 1차측 전극은, 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면에 구형판을 사이에 끼우도록 대향해서 형성된 복수의 전극쌍으로 이루어지고, 2차측 전극은, 복수의 전극으로 이루어지도록 구성한다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 1차측 전극은, 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 중앙부에 형성되는 제1전극쌍과, 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 제1전극쌍에 대하여 양측에, 또한 제1전극쌍과 인접해서 형성되는 제2, 및 제3의 전극쌍으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 구형판은, 압전 세라믹, 또는 압전 단결정으로 이루어지고, 구형판에 있어서, 제2, 및 제3의 전극쌍에 의해서 사이에 끼워져 있는 영역에서의 압전 세라믹의 분극 방향, 또는 압전 단결정의 c축 방향은, 구형판의 제1전극쌍에 의해서 사이에 끼워져 있는 영역에서의 분극 방향, 또는 c축 방향과 상이하다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 구형판은, 압전 세라믹, 또는 압전 단결정으로 이루어지고, 구형판에 있어서, 제1, 제2, 및 제3의 전극쌍에 의해서 사이에 끼워지는 영역에서의 압전 세라믹의 분극 방향, 또는 압전 단결정의 c축 방향은 모두 동일하다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 2차측 전극은, 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 형성된다.
본 발명에 있어서의 제2압전 트랜스는, 압전재료로 된 구형판과, 구형판 위에 형성된 1차측 전극, 및 2차측 전극을 구비하고, 1차측 전극에 교류전압을 인가하여, 구형판에, 구형판의 길이 방향으로 신축하는 2분의 3 파장 상당의 기계적 진동을 여진하고, 2차측 전극으로부터 전압을 출력시키는 압전 트랜스로서, 구형판은, 두께 방향으로 적층된 복수의 압전체층으로 이루어지고, 1차측 전극은, 복수의 압전체층과 복수의 전극층이, 구형판의 두께 방향으로 적층되어서 형성되고, 또한 길이 방향으로 복수의 전극군(電極群)으로 이루어지며, 2차측 전극은, 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 형성된다.
상기의 압전 트랜스에 있어서, 1차측 전극은, 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 중앙부에 형성되는 제1전극군과, 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 제1전극군에 대하여 양측에, 또한 제1의 전극군과 인접해서 형성되는 제2, 및 제3의 전극군으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 구형판 내부의 전극층의 단부는, 구형판의 폭 방향의 단면에 노출되고, 구형판 내부의 전극층은, 그 단면에 의해서 전기적으로 접속된다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 구형판 내부의 전극층의 단부는, 구형판의 폭 방향의 한쪽의 단면에만 노출되고, 구형판 내부의 전극층은, 그 한쪽의 단면에 의해서만 전기적으로 접속된다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 1차측 전극 중, 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 형성되는 전극은, 그 주면 위로부터 구형판의 폭 방향의 한쪽의 단면 위까지 형성된다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 2차측 전극은, 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 형성된다. 또한, 상기의 구형판의 길이 방향에 있어서, 제1전극쌍, 또는 전극군에 있어서의 전극의 길이는, 구형판의 3분의 1 이하의 길이이다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 상기의 제1, 제2, 및 제3전극쌍, 또는 상기의 제1, 제2, 및 제3전극군은, 상기의 구형판의 길이 방향에 수직으로, 또한 상기의 구형판을 길이 방향으로 2등분하는 중심선에 관해서, 대칭으로 형성된다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 상기의 제2, 및 제3전극쌍에 있어서의 전극의 면적은, 각각, 상기의 제1전극쌍에 있어서의 전극의 면적보다도 작다. 마찬가지로, 상기의 제2, 및 제3전극군에 있어서의 전극의 면적은, 각각, 상 기의 제1전극군에 있어서의 전극의 면적보다도 작다.
바람직하게는, 상기의 구형판의 폭 방향에 있어서, 상기의 제2, 및 제3전극쌍에 있어서의 전극의 길이는, 각각, 상기의 제1전극쌍에 있어서의 전극의 길이와 동일하다. 마찬가지로, 상기의 구형판의 폭 방향에 있어서, 상기의 제2 및 제3전극군에 있어서의 전극의 길이는, 각각, 상기의 제1전극군에 있어서의 전극의 길이와 동일하다. 또한, 상기의 구형판의 길이 방향에 있어서, 상기의 제2, 및 제3전극쌍에 있어서의 전극의 길이는, 각각, 상기의 제1전극쌍에 있어서의 전극의 길이의 10％ 이상, 또한 100％ 미만이다. 마찬가지로, 상기의 구형판의 길이 방향에 있어서, 상기의 제2, 및 제3전극군에 있어서의 전극의 길이는, 각각, 상기의 제1전극군에 있어서의 전극의 길이의 10％ 이상, 또한 100％ 미만이다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 2차측 전극은, 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 형성된다. 또한, 구형판은, 압전 세라믹, 또는 압전 단결정으로 이루어지고, 구형판의 2차측 전극 근방에 있어서, 압전 세라믹의 분극 방향, 또는 압전 단결정의 c축 방향은, 구형판의 길이 방향으로 동일하다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 2차측 전극은, 1차측 전극이 형성된 동일한 면 위에 형성된다.
바람직하게는, 상기의 압전 트랜스에 있어서, 2차측 전극은, 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 형성된다. 또한, 압전 트랜스의 기계적 진동의 마디 부분(節部)에, 압전 트랜스를 고정하고, 또한, 전극에 접촉하는 도전성 재료로 된 지지부를 구비한다.
본 발명에서의 승압회로는, 상기의 압전 트랜스와, 상기의 압전 트랜스에 입력전압을 공급하는 입력회로와, 상기의 압전 트랜스의 출력전압을 출력하는 출력회로를 구비하고 있다.
본 발명에서의 냉음극관 발광장치는, 상기의 압전 트랜스와, 상기의 압전 트랜스에 입력전압을 공급하는 입력회로와, 상기의 압전 트랜스의 출력전압을 출력하는 출력회로를 구비하고, 상기의 출력회로는 냉음극관을 포함한다.
바람직하게는, 상기의 승압회로, 또는 냉음극관 발광장치에 있어서, 압전 트랜스에 있어서 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 구형판을 사이에 끼워서 대향하도록 형성된 복수의 1차측 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상은, 1차측 전극쌍에 따라서 상이하다.
바람직하게는, 상기의 승압회로, 또는 냉음극관 발광장치에 있어서, 1차측 전극쌍은, 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 중앙부에 형성되는 제1전극쌍과, 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 제1전극쌍에 대하여 양측에, 또한 제1전극쌍과 인접해서 형성되는 제2, 및 제3전극쌍으로 이루어진다. 또한, 제1전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상은, 제2, 및 제3전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상과 180도 상이하다.
본 발명에 있어서의 액정 패널은, 상기의 냉음극관 발광장치를 포함한다.
본 발명에 있어서의 기기는, 상기의 액정 패널을 포함한다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조해서 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이고, 도 2의 (1)은, 도 1에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이다. 도 1, 및 도 2의 (1)에 있어서, 압전 트랜스(200)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판(202)으로 구성된다. 우선 처음에, 도 1에 나타낸 직교 좌표계를 이용하여, 구형판(202)에 있어서의 방향을 정의한다. 구형판(202)의 길이 방향, 폭 방향, 및 두께 방향은, 각각, 도 1의 직교 좌표계에 있어서, Ⅹ축 방향, Y축 방향, 및 Z축 방향을 가리키는 것으로 한다. 이것은, 이후 기술되는 모든 압전 트랜스에 적용된다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 다만 길이라는 것은, 구형판의 길이 방향에 있어서의 길이를 나타낸다. 구형판의 폭 방향에 있어서의 길이, 및 구형판의 두께 방향에 있어서의 길이는, 각각 구형판의 폭 및 두께를 의미한다. 도 1, 및 도 2의 (1)에 있어서, 구형판(202)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는, 1차측(입력측) 전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 위에 전극(203), 전극(205), 및 전극(207)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 위에 전극(204), 전극(206), 및 전극(208)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성된다. 여기서, 동일한 주면 위에 형성된 1차측 전극을 구성하는 전극 사이의 간격은, 예로서, 구형판의 두께의 1배 내지 1.5배의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 전극(203), 및 전극(204)의 각각의 중심선은, 구형판(202)의 중심선(219)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(203)과 전극(204), 전극(205)과 전극(206), 및 전극(207)과 전극 (208)은, 각각 구형판(202)의 두께 방향으로 서로 대향해서 형성되어 있다. 구형판 (202)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로 서, 전극(216)과 전극(217)이 형성되어 있다. 전극(203), 전극(204), 전극(205), 전극(206), 전극(207), 전극(208), 전극(216), 및 전극(217)은, 은(銀), 니켈, 또는 금(金) 등의 금속 등으로서 이루어지며, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
또한, 도 1 및 도 2의 (1)에 있어서, 구형판(202) 상에 나타낸 화살표는, 구형판(202)의 재질이 티탄산지르콘산납(PZT) 등의 압전 세라믹인 경우는, 분극의 방향을 나타내고, 압전성 결정인 경우는, c축 배향의 방향을 나타낸다. 구형판(202)이 압전 세라믹인 경우, 전극(203)과 전극(204)과의 사이, 전극(205)과 전극(206)과의 사이, 및 전극(207)과 전극(208)과의 사이에, 구형판(202)의 두께 방향으로 적절한 직류 고전압을 인가하여 분극 처리를 실행한다. 또한, 전극(205), 전극 (206)과 전극(216)과의 사이, 및 전극(207), 전극(208)과 전극(217)과의 사이에, 구형판(202)의 길이 방향으로 적절한 직류 고전압을 인가하여 분극 처리를 실행한다.
계속해서, 압전 트랜스(200)의 동작에 대해서 설명한다. 도 2의 (1)에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(203), 전극(205), 및 전극(207)은, 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(204), 전극 (206), 및 전극(208)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 또한, 2차측 전극인 전극(216), 및 전극(217)은, 전기적으로 접속되어서 단자 C에 접속된다. 여기서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 주파수가, 구형판 (202)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교 류전압(입력전압)을 인가하면, 압전 트랜스(200)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압을, 출력 전압으로서 단자 CD 사이에서 출력할 수 있다.
도 2의 (2)는, 압전 트랜스(200)가, 길이 방향으로 3/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축은, 압전 트랜스(200)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(200)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, ＋ 방향에는 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, － 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다. 또한, 압전 트랜스(200)가 도 2의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구형판(202)의 내부 응력 분포를 도 2의 (3)에, 진동에 의해서 유기되는 전하 분포를 도 2의 (4)에 각각 나타낸다. 도 2의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(200)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향으로의 압축, 신장 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 2의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(200)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전하량을 나타낸다.
본 실시형태에 의한 압전 트랜스(200)는, 3λ/2 진동 모드를 이용함으로써, 기계적 진동의 진폭을 작게 하여 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수를 높게 함으로써, 한번의 진동으로써 취급하는 전력을 작게 하고 진동 회수를 증가시킴으로써 큰 전력을 취급할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(200)에 있어서, 도 2의 (2)에 나타내는 3λ/2진동 모드에서는, 도 2의 (3)에 나타내는 바와 같이, 큰 응력이 발생하는 부분(점 P1, P2, P3)과, 분극의 방향이 불연속한 부분(구형판(202)에 있어서, 전극(203)과 전극(204)과의 사이에 끼워진 부분과, 전극(205)과 전극(206)과의 사이에 끼워진 부분과의 사이, 전극(203)과 전극(204)과의 사이에 끼워진 부분과, 전극(207)과 전극(208)과의 사이에 끼워진 부분과의 사이, 전극(205)과 전극(206)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(216)측의 단부(端部) 근방, 전극(207)과 전극 (208)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(217) 측의 단부 근방)과는 일치하지 않는다. 즉, 통상적인 동작시에, 기계적 강도가 약한, 분극이 불연속한 부분에는, 큰 응력이나 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스는 큰 전력을 취급할 수 있고, 신뢰성이 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2의 (1)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(200)에서는, 전극(203)과 전극(204) 사이의 두께 방향의 분극 방향과, 전극 (205)과 전극(206) 사이, 및 전극(207)과 전극(208) 사이의 두께 방향의 분극 방향이 상이하므로, 전극(203)과 전극(204) 사이, 전극(205)과 전극(206)사이, 및 전극 (207)과 전극(208) 사이에 동일한 위상의 교류전압을 인가하여도, 진동에 의해서 유기되는 전하의 극성이 동일하기 때문에, 서로 상쇄되지 않는다. 더욱이, 1차측 전극의 길이는, 각각 구형판(202)의 주면 위에 있어서, 대략 3개의 전극을 합한 것으로 간주할 수 있으므로, 본 실시형태에서는, 전하를 서로 상쇄시키는 일없이, 1차측 전극의 길이를 종래의 압전 트랜스 보다도 길게 설정할 수 있다. 따라서, 1차 측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 종래의 압전 트랜스 보다도 크게 할 수 있고, 압전 트랜스가 단위 체적당 취급할 수 있는 전력을 크게 할 수 있다. 여기서, 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 길이는, 각각, 효과적인 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 얻기 위해서, 전극(203) 또는 전극(204)의 길이의 10분의 1 이상인 것이 바람직하다. 일반적으로, 전극(203)과 전극(204), 전극(205)과 전극(206), 및 전극(207)과 전극(208)은, 각각, 전극의 길이가 동일하므로, 전극(203) 및 전극(204)의 길이를, 각각, L1, 전극(205) 및 전극(206)의 길이를, 각각, L2, 전극(207) 및 전극(208)의 길이를, 각각, L3으로 하면(도 2의 (1)참조), L 2＜L1/10, 또한 L3＜L1/10이 성립된다. 이 때, 분극의 방향이 불연속한 부분(구형판 (202)에 있어서, 전극(205)과 전극(206)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(216) 측의 단부 근방이나, 전극(207)과 전극(208)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극 (217) 측의 단부 근방)이, 큰 응력이 발생하는 부분(예로서, 도 2의 (3)에 있어서의 점 Pl 및 점 P3)과 일치하지 않도록, 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 각각의 길이(배치)를 정할 필요가 있다.
이하에, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff와, 도 33에 나타낸 종래의 압전 트랜스(120)의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 비교한다. 일반적으로, λ/2 진동 모드의 압전 트랜스는, 3 λ/2 진동 모드의 전압 트랜스와 비교해서 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff가 크다. 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(200)는, 3λ/2 진동 모드를 사용하고 있지만, 1차측 전극의 실효적 전기적 결합계수 keff는 λ/2 진동 모드의 압전 트랜스와 동일한 정도까지 크게 할 수 있다. 이하에, 도 3과 도 4를 이용해서 구체적으로 설명한다.
우선, 도 3의 (1)은, 도 33에 나타낸 압전 트랜스(120)의 사시도이다. 도 33과 마찬가지로, 압전 트랜스(120)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판(122), 1차측(입력측) 전극인 전극(124), 전극(126), 2차측(출력측) 전극인 전극(128), 및 전극(130)으로서 이루어진다. 구형판(122)의 길이를 L, 1차측 전극인 전극(124), 전극(126)의 길이를 각각 L1로 한다. 전극(124), 전극(126), 전극(128), 및 전극(130)의 두께는, 구형판의 두께에 대하여 충분히 얇다. 도 3의 (1)에 있어서의 화살표는, 구형판(122)의 분극 방향(재질이 압전 세라믹인 경우)을 나타낸다.
도 3의 (2)는, 구형판(122)의 길이 L로서 규격화된 구형판(122)의 폭과 두께가, 각각, 0.15L과 0.02L이고, 또한 구형판의 길이 방향으로 신축하는 진동의 전기-기계 결합계수 k31이 0.36인 압전 세라믹을 이용한 경우의, 1차측 전극인 전극(124), 전극(126)의 각각의 길이 L1에 대한 압전 트랜스(120)의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타낸다. 횡축은, 구형판(122)의 길이 L로써 규격화된 1차측 전극인 전극(124), 전극(126)의 각각의 길이 L1을 나타내고, 종축은, 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타낸다. 또한, 도 3의 (2)에 있어서의 실선은, 압전 트랜스(120)가 λ/2 진동 모드로 진동하는 경우의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타내고, 파선(破線)은, 압전 트랜스(120)가 3λ/2 진동 모드로 진동하는 경우의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타낸다. 도 3의 (2)의 실선에 대해서, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff는, 1차측 전극인 전극(124), 전극(126)의 각각의 길이 L1이, 1.0에 접근하면, 0.36에 점근(漸近)한다. 이것은, 구형판(122)의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위의 전면(全面)에 전극을 형성하고, 길이 방향의 진동을 여진한 경우의 전기-기계 결합계수 k31에 상당한다. 또한, 도 3의 (2)에 있어서의 점 A, 점 B는, 모두, 1차측 전극인 전극 (124), 전극(126)의 각각의 길이 L1이 0.32L인 경우의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타내고, λ/2 진동 모드에서는 0.29(점 A), 3λ/2 진동 모드에서는 0.17(점 B)이다.
한편, 도 4의 (1)은, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(200)의 사시도이다. 구형판(202)의 길이를 L, 1차측 전극인 전극(203), 전극(204)의 각각의 길이를 L11, 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 각각의 길이를 L12로 한다. 전극(203)과 전극(205)과의 사이, 전극(203)과 전극(207)과의 사이, 전극(204)과 전극(206)과의 사이, 및 전극(204)과 전극(208)과의 사이에는, L11보다 충분히 작은 간격이 있다. 전극(203), 전극(204), 전극(205), 전극(206), 전극(207), 전극 (208), 전극(216), 및 전극(217)의 두께는, 구형판(202)의 두께에 대하여 충분히 얇다. 또한, 도 4의 (1)에 있어서의 화살표는, 구형판(202)에 있어서의 분극 방향(재질이 압전 세라믹인 경우)을 나타낸다.
도 4의 (2)는, 도 3의 (2)와 마찬가지로, 구형판(202)의 길이 L로써 규격화된 구형판(202)의 폭과 두께가, 각각 0.15L, 0.02L이고, 또한 구형판의 길이 방향으로 신축하는 진동의 전기-기계 결합계수 k31이 0.36인 압전 세라믹을 이용한 경우의, 1차측 전극인 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 길이 L12에 대한 압전 트랜스(200)의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타낸다. 횡축은, 구형판(202)의 길이 L로써 규격화된 1차측 전극인 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 각각의 길이 L12를 나타내고, 종축은, 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 나타낸다. 또한, 1차측 전극인 전극(203), 및 전극(204)의 각각의 길이 L11이 0.24L인 경우이다.
도 4의 (2)에 의해서, 1차측 전극인 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 각각의 길이 L12가 0.3L일 때, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff는, 대략 0.3이다. 이것은, 도 3의 (2)에 나타낸 점 A의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff와 대략 동등하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(200)는, λ/2 진동 모드의 압전 트랜스(120)와 동일한 정 도의 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff의 값을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스에 의해서, 2차측 전극의 용량이 크고, 출력 임피던스가 작은, 2차측 전극으로부터 종래의 압전 트랜스 보다도 많은 전류를 흐르게 할 수 있는 압전 트랜스를 실현할 수 있다. 이하에, 3λ/2 진동 모드를 이용한 종래의 압전 트랜스(140)(도 35, 도 36)와 비교해서 설명한다.
도 5는, 본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스(200)와, 종래의 압전 트랜스 (140)의 측면도이다. 여기서, 도 5의 (1) 및 도 5의 (2)의 압전 트랜스는, 각각 도 2의 (1), 및 도 36의 (1)의 압전 트랜스와 마찬가지로 1차측 전극과 2차측 전극을 전기적으로 접속해서 입출력을 구성한다. 또한, 간단히 하기 위해서, 압전 트랜스 (200)의 1차측 전극을 구성하는 각각의 전극의 길이 방향의 간극(間隙)과, 압전 트랜스(140)의 1차측 전극을 구성하는 각각의 전극의 길이 방향의 간극은, 생략하여 나타내고 있다.
압전 트랜스(200)를 구성하는 구형판(202)과, 압전 트랜스(140)를 구성하는 구형판(142)이, 동일한 재질, 동일한 체적으로서, 폭이나 두께도 동일하게 하면, 압전 트랜스(200)와 압전 트랜스(140)와의 1차측 전극의 용량 CO1의 차이는, 1차측 전극의 길이로써 결정되고, 압전 트랜스(200)와 압전 트랜스(140)와의 2차측 전극의 용량 CO2의 차이는, 1차측 전극 단부로부터 2차측 전극까지의 길이로써 결정된다. 우선, 구형판(202)과 구형판(142)의 길이를 모두 L로 하면, 압전 트랜스(200)와 압전 트랜스(140)와의 1차측 전극의 용량 CO1을 일치시키기 위해서, 압전 트랜스 (200)에 있어서, 1차측 전극을 구성하는 전극(203), 및 전극(204)의 각각의 길이를 L/3로 하고, 전극(205), 전극(206), 전극(207), 및 전극(208)의 각각의 길이를 L/4로 한다. 또한, 압전 트랜스(140)에 있어서, 1차측 전극을 구성하는 전극(143), 전극(144), 전극(145), 및 전극(146)의 각각의 길이를 L/3로 하고, 전극(147), 및 전극(148)의 각각의 길이를 L/6로 한다. 이 경우, 압전 트랜스(200)와 압전 트랜스 (140)의 1차측 전극의 길이는 5L/6로서 일치한다. 즉, 압전 트랜스(200)와 압전 트랜스(140)와의 1차측 전극의 용량 CO1은 각각 동일하게 된다.
이어서, 상기 경우의 2차측 전극의 용량 CO2에 대해서 설명한다. 압전 트랜스(140)에 있어서, 2차측 전극인 전극(154)으로부터 전극(147), 및 전극(148)까지의 길이는 L/6이 되고, 압전 트랜스(200)에 있어서, 2차측 전극인 전극(216)으로부터 전극(205), 및 전극(206)까지의 길이와, 2차측 전극인 전극(217)으로부터 전극 (207), 및 전극(208)까지의 길이는 모두, L/12이 된다. 따라서, 압전 트랜스(200)에 있어서의 2개의 2차측 전극의 용량 CO2는, 각각 압전 트랜스(140)의 2차측 전극의 용량 CO2의 2배이고, 또한, 이들 용량이 병렬로 접속되어 있으므로, 압전 트랜스 (200)의 2차측 전극의 용량 CO2는, 압전 트랜스(140)의 2차측 전극의 용량의 4배가 된다.
이상으로부터, 동일한 재질이고, 동일한 형상의 구형판으로서, 1차측 전극의 용량이 동일한 경우, 본 실시형태의 압전 트랜스(200)는, 종래의 압전 트랜스(140) 와 비교해서 2차측 전극의 용량이 크고, 2차측의 임피던스(출력 임피던스)를 작게 할 수 있으므로, 더욱 많은 전류를 흐르게 할 수 있는 구조이다.
또한, 도 1, 및 도 2의 (1)에 나타낸 구형판(202)의 분극 방향은, 도시한 것에 한정되지 않는다. 전극(205)과 전극(206)과의 사이와, 전극(207)과 전극(208)과의 사이의 분극 방향이, 구형판(202)의 두께 방향으로 동일하고, 전극(203)과 전극 (204)과의 사이의 분극 방향과 상이하면 좋으며, 2차측 전극인 전극(216), 및 전극(217) 근방의 분극 방향도, 구형판(202)의 길이 방향으로 서로 상이한 방향이면 좋다. 이러한 경우에 있어서도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 2의 (1)에 있어서, 1차측 전극인 전극(204), 전극(206), 및 전극 (208)을 공통 전극으로 하여 설명하였지만, 1차측 전극인 전극(203), 전극(205), 및 전극(207)을 공통 전극으로 하여도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2의 (1)에 나타낸 압전 트랜스(200)에 있어서, 전극(203), 전극(205), 및 전극(207)과, 전극(204), 전극(206), 및 전극(208)은 각각 별도의 수단으로써 전기적으로 접속하도록 나타내고 있지만, 구형판(202)의 분극 방향이, 본 실시형태에서 나타낸 관계를 충족하면, 전극(203), 전극(205), 및 전극(207)과, 전극(204), 전극(206), 및 전극(208)을, 각각 1개의 전극으로 하여 구성해도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 구형판의 재질로서 압전 세라믹을 이용해서 설명 했지만, 니오브산리튬 등의 압전성 결정을 이용하여, 분극의 방향을 c축의 방향으로 하여 구성하면, 압전 세라믹의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
도 6은, 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이고, 도 7의 (1)은, 도 6에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이다. 도 6, 및 도 7의 (1)에 있어서, 압전 트랜스(220)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판(222)으로 구성된다. 구형판(222)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는 1차측(입력측) 전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 위에 전극(223), 전극(225), 및 전극(227)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 위에 전극(224), 전극(226), 및 전극(228)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성된다. 또한, 전극(223), 및 전극(224)의 각각의 중심선은, 구형판(222)의 중심선(239)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(223)과 전극(224), 전극(225)과 전극 (226), 및 전극(227)과 전극(228)은, 각각 구형판(222)의 두께 방향으로 서로 대향하여 형성되어 있다. 구형판(222)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(236)과 전극(237)이 형성되어 있다. 전극(223), 전극 (224), 전극(225), 전극(226), 전극(227), 전극(228), 전극(236), 및 전극(237)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
또한, 도 6 및 도 7의 (1)에 있어서, 구형판(222) 위에 나타낸 화살표는, 구형판(222)의 재질이 티탄산지르콘산납(PZT) 등의 압전 세라믹인 경우는, 분극의 방 향을 나타내고, 압전성 결정인 경우는, c축 배향의 방향을 나타낸다. 구형판(222)이 압전 세라믹인 경우, 전극(223)과 전극(224)과의 사이, 전극(225)과 전극(226)과의 사이, 및 전극(227)과 전극(228)과의 사이에, 구형판(222)의 두께 방향으로 적절한 직류 고전압을 인가하여, 분극 처리를 실행한다. 또한, 전극(225), 전극 (226)과 전극(236)과의 사이, 및 전극(227), 전극(228)과 전극(237)과의 사이에, 구형판(222)의 길이 방향으로 적절한 직류 고전압을 인가해서 분극 처리를 실행한다.
이어서, 압전 트랜스(220)의 동작에 대해서 설명한다. 도 7의 (1)에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(223), 전극(226), 및 전극(228)은, 전기적으로 접속되어 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(224), 전극(225), 및 전극(227)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 또한, 2차측 전극인 전극(236), 및 전극(237)은, 전기적으로 접속되어 단자 C에 접속된다. 여기서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 주파수가, 구형판(222)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교류전압(입력전압)을 인가하면, 압전 트랜스(220)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압을, 출력 전압으로서 단자 CD 사이에서 출력할 수 있다.
도 7의 (2)는, 압전 트랜스(220)가, 길이 방향으로 3/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축 은, 압전 트랜스(220)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(220)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, ＋ 방향에는 압전 트랜스(220)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, －의 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다. 또한, 압전 트랜스(220)가 도 7의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구형판(222)의 내부 응력 분포를 도 7의 (3)에, 진동에 의해서 유기되는 전하 분포를 도 7의 (4)에 각각 나타낸다. 도 7의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(220)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향으로의 압축, 신장 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 7의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(220)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전하량을 나타낸다.
본 실시형태의 압전 트랜스(220)는, 1차측 전극의 분극 방향이 구형판(222)의 두께 방향에 맞추어져 있으므로, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압전 트랜스 (200)와 같이, 분극 작업 시에, 1차측 전극의 길이 방향의 간극(전극(223), 전극 (224)과 전극(225), 전극(226)과의 사이, 및 전극(223), 전극(224)과 전극(227), 전극(228)과의 사이)에, 구형판(222)의 두께 방향에 대하여 역방향으로 높은 전계를 인가함으로써 발생하는 내부 변형에 의한 균열의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압전 트랜스(220)에 비해서, 상기 전극 사이의 간극에는 분극 후의 잔류 변형이 적고, 또한 분극의 방향이 불연속한 부분이 적기 때문에, 기계적 강도가 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
또한, 근접한 전극간에 전계 방향을 반대로 해서 분극 작업을 실행하면, 전 극의 경계 근방에서는 충분히 분극되지 않고, 실효적 전기-기계 결합계수 keff의 저하로 연결되는 경우가 있지만, 본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스에 있어서는 그 영향도 없다.
또한, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(220)에 있어서, 도 7의 (2)에 나타내는 3λ/2 진동 모드에서는, 도 7의 (3)에 나타내는 바와 같이, 큰 응력이 발생하는 부분(점 P1, P2, P3)과, 분극의 방향이 불연속한 부분(구형판(222)에 있어서, 전극(225)과 전극(226)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(236) 측의 단부 근방, 전극(227)과 전극(228)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(237) 측의 단부 근방)과는 일치하지 않는다. 즉, 본 발명의 실시형태 1와 마찬가지로, 통상적인 동작시에, 기계적 강도가 약한, 분극이 불연속한 부분에는, 큰 응력이나 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스는 큰 전력을 취급할 수 있고, 신뢰성이 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
또한, 도 6, 및 도 7의 (1)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(220)에서는, 구형판(222)에 있어서, 전극(223), 전극(224) 사이, 전극 (225), 전극(226) 사이, 및 전극(227), 전극(228) 사이의 두께 방향의 분극 방향은 동일하지만, 한쪽의 1차측 전극이 전극(223), 전극(226), 및 전극(228)으로 구성되고, 다른 쪽의 1차측 전극이 전극(224), 전극(225) 및 전극(227)으로 구성되고, 전극(223)과 전극(224) 사이에 인가하는 교류전압의 위상과, 전극(225)과 전극(226)사이, 및 전극(227)과 전극(228) 사이에 인가하는 교류전압의 위상이 180도 상이하 므로, 도 7의 (4)에 나타내는 바와 같이, 진동에 의해서 유기되는 전하의 극성이 동일하므로, 서로 상쇄되지는 않는다. 더욱이, 1차측 전극의 길이는, 각각 구형판 (222)의 주면 위에서, 대략 3개의 전극을 합한 것으로 간주할 수 있으므로, 본 실시형태에서는, 1차측 전극의 길이를 비교적 길게 설정할 수 있다. 따라서, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 종래의 전압 트랜스 보다도 크게 할 수 있고, 압전 트랜스가 단위 체적당 취급할 수 있는 전력을 크게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(220)는, 3λ/2 진동 모드를 이용함으로써, 기계적 진동의 진폭을 작게 해서 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수를 높게 함으로써, 한번의 진동으로써 취급하는 전력을 작게 하고 진동 회수를 증가시킴으로써 큰 전력을 취급할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(220)는, 1차측 전극, 및 2차측 전극을, 본 발명의 실시형태 1의 압전 트랜스(200)와 마찬가지로 형성하고 있으므로, 2차측의 임피던스(출력 임피던스)를 작게 할 수 있고, 더욱 많은 전류를 흐르게 할 수 있는 구조이다.
또한, 도 6 및 도 7의 (1)에 나타낸 압전 트랜스(220)의 분극 방향은, 도시한 것에 한정되지 않는다. 1차측 전극인 전극(223)과 전극(224) 사이, 전극(225)과 전극(226) 사이, 및 전극(227)과 전극(228) 사이의 분극 방향이, 구형판(222)의 두께 방향으로 동일하면 좋고, 2차측 전극인 전극(236), 전극(237) 근방의 분극 방향도, 구형판(222)의 길이 방향으로 서로 상이한 방향이면, 이상 설명한 내용과 마찬 가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 7의 (1)에 있어서, 1차측 전극인 전극(224), 전극(225), 및 전극 (227)을 공통 전극으로서 설명했지만, 1차측 전극인 전극(223), 전극(226), 및 전극(228)을 공통 전극으로 하여도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 구형판의 재질로서 압전 세라믹을 이용해서 설명했지만, 니오브산리튬 등의 압전성 결정을 이용하여, 분극의 방향을 c축의 방향으로 하여 구성하면, 압전 세라믹의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 3)
도 8은, 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이고, 도 9의 (1)은, 도 8에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이다. 도 8, 및 도 9의 (1)에 있어서, 압전 트랜스(240)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판(242)으로 구성된다. 구형판(242)의 길이 방향의 중앙 부근에는, 구형판(242)의 길이 방향과 두께 방향으로 복수의 전극으로서 이루어지는 1차측(입력측) 전극이 형성되어 있다. 이것은, 구형판(242)의 두께 방향으로, 압전 세라믹 등의 압전 재료로서 이루어지는 압전체층과 금속 재료 등으로서 이루어지는 내부 전극층이 번갈아서 중첩된 적층 구조이다.
도 9의 (1)에 있어서, 구형판(242)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에 대향하는 1차측 전극 사이에는, 5개의 압전체층과 4개의 전극층이 존재한다. 구형판(242)의 두께 방향에 수직인 면인 한쪽의 주면 위에는, 전극(300), 전극(310), 및 전극(320)이 각각 형성되고, 구형판(242)의 또 다른 한쪽의 주면 위에는, 전극 (301), 전극(311), 및 전극(321)이 각각 형성된다. 또한, 구형판(242)의 내부에는, 전극(302), 전극(303), 전극(304), 전극(305), 전극(312), 전극(313), 전극(314), 전극(315), 전극(322), 전극(323), 전극(324), 및 전극(325)이 형성된다. 전극 (300), 전극(301), 전극(302), 전극(303), 전극(304), 및 전극(305)은, 구형판 (242)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 마찬가지로, 전극(310), 전극(311), 전극 (312), 전극(313), 전극(314), 및 전극(315)도, 구형판(242)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 또한, 전극(320), 전극(321), 전극(322), 전극(323), 전극(324), 및 전극(325)도, 구형판(242)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 전극(300), 전극(302), 및 전극(304)은, 전기적으로 접속되어서 전극(243)을 구성하고, 전극(301), 전극 (303), 및 전극(305)은, 전기적으로 접속되어서 전극(244)을 구성한다. 마찬가지로, 전극(310), 전극(312), 및 전극(314)은, 전기적으로 접속되어서 전극(245)을 구성하고, 전극(311), 전극(313), 및 전극(315)은, 전기적으로 접속되어서 전극 (246)을 구성한다. 또한, 전극(320), 전극(322), 및 전극(324)은, 전기적으로 접속되어서 전극(247)을 구성하고, 전극(321), 전극(323), 및 전극(325)은, 전기적으로 접속되어서 전극(248)을 구성한다. 전극(243), 및 전극(244)을 구성하는 각각의 전극의 중심선은, 구형판(242)의 중심선(259)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 구형판(242)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(256), 및 전극(257)이 형성되어 있다. 전극(300), 전극(301), 전극(310), 전극(311), 전극(320), 전극(321), 전극(256), 및 전극(257)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
또한, 도 9의 (1)에 있어서, 구형판(242)에 나타낸 화살표는, 압전 재료의 분극 방향을 나타내고 있다. 전극(300)으로부터 전극(301)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이, 전극(310)으로부터 전극(311)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이, 및 전극(320)으로부터 전극(321)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이의 구형판(242)에 있어서, 분극 방향은, 구형판(242)의 두께 방향이고, 구형판(242)의 두께 방향, 및 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 반대 방향이다. 전극(245, 246)과 전극(256)의 사이, 및 전극(247, 248)과 전극(257)의 사이는, 구형판(242)의 길이 방향으로 분극되고, 이들의 분극 방향은 서로 반대이다. 분극 처리는, 각각의 영역에, 적절한 직류 고전압을 인가함으로써 이루어진다.
계속해서, 압전 트랜스(240)의 동작에 대해서 설명한다. 도 9의 (1)에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(243), 전극(245), 및 전극(247)은, 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(244), 전극 (246), 및 전극(248)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 또한, 2차측 전극인 전극(256), 및 전극(257)은, 전기적으로 접속되어서 단자 C에 접속된다. 여기서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 입력 전압으로서, 주파수가, 구형판(242)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교류전압을 인가하면, 압전 트랜스(240)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압을, 출력 전압으로서 단자 CD 사이에서 출력할 수 있다.
도 9의 (2)는, 압전 트랜스(240)가, 길이 방향으로 3/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축은, 압전 트랜스(240)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(240)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내며, ＋ 방향에는 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, － 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다. 또한, 압전 트랜스(240)가 도 9의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구형판(242)의 내부 응력 분포를 도 9의 (3)에, 진동에 의해서 유기되는 전하 분포를 도 9의 (4)에 각각 나타낸다. 도 9의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(240)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향으로의 압축, 신장 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 9의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(240)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전하량을 나타낸다.
본 실시형태에 의한 압전 트랜스(240)에 있어서, 1차측 전극의 분극 방향은, 구형판(242)의 두께 방향이고, 구형판(242)의 두께 방향 및 길이 방향으로 인접하는 압전체층 사이에서 반대 방향이므로, 본 발명의 실시형태 1, 혹은 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스에 비해서, 1차측 전극의 용량치를 크게 할 수 있다.
1차측 전극의 용량을 CO1, 2차측 전극의 용량을 CO2, 1차측 전극에 입력하는 전압을 Vin, 2차측 전극으로부터 출력되는 전압을 Ⅴout으로 하면, 1차측 전력 Win 은 (식 1)로, 2차측 전력 Wout는 (식 2)로써 표시된다. 간단히 하기 위해서, 전력의 손실이 없다고 가정하면, 입력 전압 Vin에 대한 출력 전압 Ⅴout의 비율인 승압비 γ는, (식 3)에서 나타내는 바와 같이, CO1/CO2의 평방근에 비례한다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스(240)는, 본 발명의 실시형태 1, 혹은 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스에 비해서, 1차측 전극의 용량 CO1이 크게 되기 때문에, 큰 승압비 γ를 얻을 수 있다.
Win=CO1(Vin)2/2 (1）
Wout=CO2(Ⅴout)2/2 (2)
γ=Ⅴout/Vin=(CO1/CO2)1/2 (3)
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(240)는, 3λ/2 진동 모드를 이용함으로써, 기계적 진동의 진폭을 작게 해서 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수를 높게 함으로써, 한번의 진동으로써 취급하는 전력을 작게 하고 진동 회수를 증가시킴으로써 큰 전력을 취할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(240)에 있어서, 도 9의 (2)에 나타내 는 3λ/2 진동 모드에서는, 도 9의 (3)에 나타내는 바와 같이, 큰 응력이 발생하는 부분(점 P1, P2, P3)과, 분극의 방향이 불연속한 부분(구형판(242)에 있어서, 전극(243) 및 전극(244)과의 사이에 끼워진 부분과 전극(245) 및 전극(246)과의 사이에 끼워진 부분과의 사이, 전극(243) 및 전극(244)과의 사이에 끼워진 부분과 전극(247) 및 전극(248)과의 사이에 끼워진 부분과의 사이, 전극(245) 및 전극(246)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(256) 측의 단부 근방, 전극(247) 및 전극 (248)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(257) 측의 단부 근방)과는 일치하지 않는다. 즉, 본 발명의 실시형태 1, 및 실시형태 2와 마찬가지로, 통상적인 동작시에, 기계적 강도가 약한, 분극이 불연속한 부분에는, 큰 응력이나 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스는 큰 전력을 취급할 수 있으며, 신뢰성이 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
또한, 도 9의 (1)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스 (240)에 있어서, 전극(243)과 전극(244)을 구성하는 각각의 전극 사이의 분극 방향과, 전극(245)과 전극(246)을 구성하는 각각의 전극 사이의 분극 방향, 및 전극 (247)과 전극(248)을 구성하는 각각의 전극 사이의 분극 방향이, 구형판(242)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 각각 두께 방향으로 상이하다. 따라서, 도 9의 (4)에 나타내는 바와 같이, 전극(243)과 전극(244) 사이, 전극(245)과 전극(246) 사이, 및 전극(247)과 전극(248) 사이에 동일한 위상의 교류전압을 인가해도, 진동에 의해서 유기되는 전하의 극성이 동일하기 때문에, 서로 상쇄되지는 않는다. 더욱이, 1차측 전극의 길이는, 구형판(242)의 길이 방향에 나란한 전극의 길이를 합한 것으로 간주할 수 있으므로, 본 실시형태에서는, 1차측 전극의 길이를 비교적 길게 설정할 수 있다. 따라서, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 종래의 압전 트랜스 보다도 크게 할 수 있고, 압전 트랜스가 단위 체적당 취급할 수 있는 전력을 크게 할 수 있다.
또한, 도 9의 (1)에 나타낸 압전 트랜스(240)의 분극 방향은, 도시한 것에 한정되지 않는다. 1차측 전극인 전극(243), 전극(244), 전극(245), 전극(246), 및 전극(247), 전극(248)을 구성하는 각각의 전극 사이의 분극 방향이, 구형판(242)의 두께 방향과 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서, 서로 구형판(242)의 두께 방향으로 상이하게 되어 있으면 좋고, 2차측 전극인 전극(256), 전극(257) 근방의 분극 방향도, 구형판(242)의 길이 방향으로 서로 상이한 방향이면, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 9의 (1)에 있어서, 1차측 전극인 전극(244), 전극(246), 및 전극(248)을 공통 전극으로서 설명했지만, 1차측 전극인 전극(243), 전극(245), 및 전극(247)을 공통 전극으로 하여도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 9의 (1)에 있어서, 압전체층의 수는 5층이지만, 이것에 한정되지 않는다. 압전체층수를 변화시켜도, 1차측 전극의 용량이 변화되는 것 뿐이며, 얻을 수 있는 효과는 본 실시형태와 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태에서는, 구형판의 재질로서 압전 세라믹을 이용해서 설명 했지만, 니오브산리튬 등의 압전성 결정을 이용하여, 분극의 방향을 c축의 방향으로 구성하면, 압전 세라믹의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 4)
도 10은, 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이고, 도 11의 (1)은, 도 10에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이다. 도 10, 및 도 11의 (1)에 있어서, 압전 트랜스(260)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판 (262)으로 구성된다. 구형판(262)의 길이 방향의 중앙 부근에는, 구형판(262)의 길이 방향과 두께 방향으로 복수의 전극으로서 이루어지는 1차측(입력측) 전극이 형성되어 있다. 이것은, 구형판(262)의 두께 방향으로, 압전 세라믹 등의 압전 재료로서 이루어지는 압전체층과, 금속 재료로서 이루어지는 내부 전극층이 번갈아서 중첩된 적층 구조이다.
도 11의 (1)에 있어서, 구형판(262)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에 대향하는 1차측 전극 사이에는, 5개의 압전체층과 4개의 전극층이 존재한다. 구형판(262)의 두께 방향에 수직인 면인 한쪽의 주면 위에는, 전극(330), 전극(340), 및 전극(350)이 각각 형성되고, 구형판(262)의 또 다른 한쪽의 주면 위에는 전극 (331), 전극(341), 및 전극(351)이 각각 형성된다. 또한, 구형판(262)의 내부에는, 전극(332), 전극(333), 전극(334), 전극(335), 전극(342), 전극(343), 전극(344), 전극(345), 전극(352), 전극(353), 전극(354), 및 전극(355)이 형성된다. 전극 (330), 전극(331), 전극(332), 전극(333), 전극(334), 및 전극(335)은, 구형판 (262)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 마찬가지로, 전극(340), 전극(341), 전극 (342), 전극(343), 전극(344), 및 전극(345)도, 구형판(262)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 또한, 전극(350), 전극(351), 전극(352), 전극(353), 전극(354), 및 전극(355)도, 구형판(262)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 전극(330), 전극(332), 및 전극(334)은, 전기적으로 접속되어서 전극(263)을 구성하고, 전극(331), 전극 (333), 및 전극(335)은, 전기적으로 접속되어서 전극(264)을 구성한다. 마찬가지로, 전극(340), 전극(342), 및 전극(344)은, 전기적으로 접속되어서 전극(265)을 구성하고, 전극(341), 전극(343), 및 전극(345)은, 전기적으로 접속되어서 전극 (266)을 구성한다. 또한, 전극(350), 전극(352), 및 전극(354)은, 전기적으로 접속되어서 전극(267)을 구성하고, 전극(351), 전극(353), 및 전극(355)은, 전기적으로 접속되어서 전극(268)을 구성한다. 전극(263), 및 전극(264)을 구성하는 각각의 전극의 중심선은, 구형판(262)의 중심선(279)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 구형판(262)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(276), 및 전극(277)이 형성되어 있다. 전극(330), 전극(331), 전극(340), 전극(341), 전극(350), 전극(351), 전극(276), 및 전극(277)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
또한, 도 11의 (1)에 있어서, 구형판(262)에 나타낸 화살표는, 압전 재료의 분극 방향을 나타내고 있다. 전극(330)으로부터 전극(331)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이, 전극(340)으로부터 전극(341)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이, 및 전극(350)으로부터 전극(351)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이의 구형판(262)에 있어서, 분극 방향은 구형판 (262)의 두께 방향이고, 구형판(262)의 두께 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 반대 방향이다.
또한, 본 발명의 실시형태 3과 상이한 점으로서, 구형판(262)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 분극 방향이, 구형판(262)의 두께 방향으로 동일하다. 전극(265), 전극(266)과 전극(276)과의 사이, 및 전극(267), 전극(268)과 전극(277)과의 사이는, 구형판(262)의 길이 방향으로 분극되며, 그들의 분극의 방향은 서로 반대 방향이다. 분극 처리는, 각각의 영역에, 적절한 직류 고전압을 인가함으로써 이루어진다.
계속해서, 압전 트랜스(260)의 동작에 대해서 설명한다. 도 11의 (1)에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(263), 전극(266), 및 전극(268)은, 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(264), 전극 (265), 및 전극(267)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 또한, 2차측 전극인 전극(276), 및 전극(277)은, 전기적으로 접속되어서 단자 C에 접속된다. 여기서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 입력 전압으로서, 주파수가, 구형판(262)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 공진 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교류전압을 인가하면, 압전 트랜스(260)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압을, 출력 전압으로서 단자 CD 사이에 출력할 수 있다.
도 11의 (2)는, 압전 트랜스(260)가, 길이 방향으로 3/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축은, 압전 트랜스(260)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(260)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내며, ＋ 방향에는 압전 트랜스(260)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, － 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다. 또한, 압전 트랜스(260)가 도 11의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 구형판(262)의 내부 응력 분포를 도 11의 (3)에, 진동에 의해서 유기되는 전하 분포를 도 11의 (4)에 각각 나타낸다. 도 11의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(260)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 길이 방향으로의 압축, 신장 방향의 내부 응력의 크기를 나타낸다. 또한, 도 11의 (4)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(260)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전하량을 나타낸다.
본 실시형태의 압전 트랜스(260)는, 1차측 전극의 분극 방향이 구형판(262)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서, 구형판(262)의 두께 방향과 동일하므로, 분극 작업 시에, 1차측 전극의 길이 방향의 간극(전극(263), 전극(264)과 전극(265), 전극(266)과의 사이, 및 전극(263), 전극(264)과 전극(267), 전극(268)과의 사이)에 있어서, 구형판(262)의 두께 방향에 대하여 역방향으로 높은 전계를 인가함으로써 발생하는 내부 변형에 의한 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 압전 트랜스(240)에 비해서, 상기 전극 사이의 간극에는 분극 후의 잔류 변형이 작고, 또한 분극의 방향이 불연속한 부 분이 작으므로, 기계적 강도가 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
또한, 도 11의 (1)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스 (260)에서는, 1차측 전극을 구성하는 전극(223)과 전극(224) 사이, 전극(225)과 전극(226) 사이, 및 전극(227)과 전극(228) 사이에 있어서, 구형판(262)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서, 분극 방향이 두께 방향으로 동일한 방향이지만, 한쪽의 1차측 전극이 전극(264), 전극(265), 및 전극(267)으로 구성되고, 다른 쪽의 1차측 전극이 전극(263), 전극(266), 및 전극(268)으로 구성되고, 전극(263)과 전극(264) 사이에 인가하는 교류전압의 위상과, 전극(265)과 전극(266) 사이, 및 전극(267)과 전극(268) 사이에 인가하는 교류전압의 위상이 180도 상이하므로, 도 11의 (4)에 나타내는 바와 같이, 진동에 의해서 유기되는 전하의 극성이 동일하기 때문에, 서로 상쇄되지는 않는다. 더욱이, 1차측 전극의 길이는, 구형판(262)의 길이 방향에 나란한 전극의 길이를 합한 것으로 대략 간주할 수 있으므로, 본 실시형태에서는, 1차측 전극의 길이를 비교적 길게 설정할 수 있다. 따라서, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 종래의 압전 트랜스 보다도 크게 할 수 있고, 압전 트랜스가 단위 체적당 취급할 수 있는 전력을 크게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(260)는, 3λ/2 진동 모드를 이용함으로써, 기계적 진동의 진폭을 작게 해서 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수를 높게 함으로써, 한번의 진동으로써 취급하는 전력을 작게 하고 진동 회수를 증가시킴으로써 큰 전력을 취급할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스(260)에 있어서, 도 11의 (2)에 나타내는 3λ/2 진동 모드에서는, 도 11의 (3)에 나타내는 바와 같이, 큰 응력이 발생하는 부분(점 P1, P2, P3)과, 분극의 방향이 불연속한 부분(구형판(262)에 있어서, 전극(263)과 전극(264)과의 사이에 끼워진 부분과 전극(265)과 전극(266)과의 사이에 끼워진 부분과의 사이, 전극(263)과 전극(264)과의 사이에 끼워진 부분과 전극 (267)과 전극(268)과의 사이에 끼워진 부분과의 사이, 전극(265)과 전극(266)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(276) 측의 단부 근방, 전극(267)과 전극(268)과의 사이에 끼워진 부분으로서, 전극(277) 측의 단부 근방)과는 일치하지 않는다. 즉, 본 발명의 실시형태 1, 실시형태 2, 및 실시형태 3과 마찬가지로, 통상적인 동작시에, 기계적 강도가 약한, 분극이 불연속한 부분에는 큰 응력이나 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스는 큰 전력을 취급할 수 있으며, 신뢰성이 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
본 실시형태에 의한 압전 트랜스(260)에 있어서, 1차측 전극은, 이상 설명한 바와 같은 적층 구조이므로, 본 발명의 실시형태 1, 혹은 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스에 비해서, 1차측 전극의 용량치를 크게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스(260)는, 본 발명의 실시형태 3의 압전 트랜스(240)와 마찬가지로, 본 발명의 실시형태 1, 혹은 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스에 비해서, 1차측 전극의 용량 CO1이 크게 될 수 있기 때문에, 큰 승압비 γ를 얻을 수 있다.
또한, 도 11의 (1)에 나타낸 압전 트랜스(260)의 분극 방향은, 도시한 것에한정되지 않는다. 1차측 전극인 전극(263), 전극(264), 전극(265), 전극(266), 전극(267), 및 전극(268)을 구성하는 각각의 전극 사이의 분극 방향이, 구형판(262)의 두께 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서, 서로 구형판(262)의 두께 방향으로 상이하게 되어 있고, 구형판(262)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서, 서로 구형판(262)의 두께 방향과 동일한 방향이면 좋다. 2차측 전극인 전극(276), 전극(277) 근방의 분극 방향도, 구형판(262)의 길이 방향으로 서로 상이한 방향이면, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 11의 (1)에 있어서, 1차측 전극인 전극(264), 전극(265), 및 전극 (267)을 공통 전극으로서 설명했지만, 1차측 전극인 전극(263), 전극(266), 및 전극(268)을 공통 전극으로 하여도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 11의 (1)에 있어서, 압전체층의 수는 5층이지만, 이것에 한정되지 않는다. 압전체층수를 변화시켜도, 1차측 전극의 용량이 변화되는 것 뿐이며, 얻을 수 있는 효과는 본 실시형태와 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태에서는, 구형판의 재질로서 압전 세라믹을 이용해서 설명했지만, 니오브산리튬 등의 압전성 결정을 이용하여, 분극의 방향을 c축의 방향으로 구성하면, 압전 세라믹의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 5)
도 12의 (1)은, 본 발명의 실시형태 5에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이다. 또한, 도 12의 (2)는, 도 12의 (1)에 나타낸 압전 트랜스 (280)의 중심선(299)에 있어서의 단면도를 나타낸다. 또한, 도 13, 및 도 14는, 각각 압전 트랜스(280)의 측면도이다. 도 12의 (3)은, 압전 트랜스(280)의 변형예를 나타내며, 도 12의 (2)와 마찬가지로 중심선(299)에서 절단한 경우의 단면도를 나타낸다.
도 12의 (1), 도 13, 및 도 14에 있어서, 압전 트랜스(280)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판(282)으로 구성된다. 구형판(282)의 길이 방향의 중앙 부근에는, 구형판(282)의 길이 방향과 두께 방향으로 복수의 전극으로서 이루어지는 1차측(입력측) 전극이 형성되어 있다. 이것은, 구형판(282)의 두께 방향으로, 압전 세라믹 등의 압전 재료로서 이루어지는 압전체층과 금속 재료 등으로서 이루어지는 내부 전극층이 번갈아서 중첩된 적층 구조이다. 도 12의 (2), 도 13, 및 도 14에 있어서, 구형판(282)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에 대향하는 1차측 전극 사이에는, 5개의 압전체층과 4개의 전극층이 존재한다.
도 12의 (1)에 있어서, 구형판(282)의 두께 방향에 수직인 면인 한쪽의 주면 위에는, 전극(360), 전극(370), 및 전극(380)이 각각 형성되고, 구형판(282)의 또 다른 한쪽의 주면 위에는 전극(361), 전극(371), 및 전극(381)이 각각 형성된다. 또한, 구형판(282)의 내부에는, 전극(362), 전극(363), 전극(364), 전극(365), 전극(372), 전극(373), 전극(374), 전극(375), 전극(382), 전극(383), 전극(384), 및 전극(385)이 형성된다. 전극(360), 전극(361), 전극(362), 전극(363), 전극(364), 및 전극(365)은, 구형판(282)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 마찬가지로, 전극 (370), 전극(371), 전극(372), 전극(373), 전극(374), 및 전극(375)도, 구형판 (282)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 또한, 전극(380), 전극(381), 전극(382), 전극(383), 전극(384), 및 전극(385)도, 구형판(282)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 도 12의 (2)에 나타내는 바와 같이, 전극(360), 전극(362), 및 전극(364)은, 전기적으로 접속되어서 전극(283)을 구성하고, 전극(361), 전극(363), 및 전극 (365)은, 전기적으로 접속되어서 전극(284)을 구성한다. 마찬가지로, 전극(370), 전극(372), 및 전극(374)은, 전기적으로 접속되어서 전극(285)을 구성하고, 전극 (371), 전극(373), 및 전극(375)은, 전기적으로 접속되어서 전극(286)을 구성한다. 또한, 전극(380), 전극(382), 및 전극(384)은, 전기적으로 접속되어서 전극(287)을 구성하고, 전극(381), 전극(383), 및 전극(385)은, 전기적으로 접속되어서 전극 (288)을 구성한다. 전극(283), 및 전극(284)을 구성하는 각각의 전극의 중심선은, 구형판(282)의 중심선(299)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 구형판(282)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(296), 및 전극(297)이 형성되어 있다. 전극(360), 전극(361), 전극(370), 전극(371), 전극 (380), 전극(381), 전극(296), 및 전극(297)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지며, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
본 실시형태의 압전 트랜스(280)에 있어서, 구형판(282)의 두께 방향에 있어서의 적층 구조는, 예로서, 전극(360)과 전극(361)과의 사이에 있어서, 도 12의 (2)에 나타난다. 구형판(282)의 내부 전극인 전극(362), 전극(364)은, 구형판(282)의 폭 방향의 한쪽의 단면(端面)에 노출되고, 내부 전극인 전극(363), 전극(365) 은, 구형판(282)의 폭 방향의 다른 쪽 단면에 노출되어 있다. 도 12의 (2)에 나타내는 바와 같이, 전극(360)을 L자형 형상으로 함으로써, 전극(360), 전극(362), 및 전극(364)이 접속되고, 마찬가지로, 전극(361)을 L자형 형상으로 함으로써, 전극 (361), 전극(363), 및 전극(365)이 접속된다.
도 12의 (2), 도 13, 및 도 14에 있어서, 구형판(282)에 나타낸 화살표는, 압전 재료의 분극 방향을 나타내고 있다. 전극(360)으로부터 전극(361)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이, 전극(370)으로부터 전극(371)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이, 및 전극(380)으로부터 전극(381)까지의 전극과의 사이에 끼워진 각각의 압전체층 사이의 구형판(282)에 있어서, 분극 방향은 구형판(282)의 두께 방향이며, 구형판(282)의 두께 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 반대 방향이다. 또한, 도 13에 있어서는, 구형판(282)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 분극 방향이, 구형판(282)의 두께 방향과 상이하고, 도 14에 있어서는, 구형판(282)의 길이 방향으로 인접하는 각각의 전극 사이에서 분극 방향이, 구형판(282)의 두께 방향으로 동일하다. 전극(285), 전극 (286)과 전극(296)과의 사이, 및 전극(287), 전극(288)과 전극(297)과의 사이는, 구형판(282)의 길이 방향으로 분극되고, 이들의 분극 방향은 서로 반대 방향이다. 분극 처리는, 각각의 영역에, 적절한 직류 고전압을 인가함으로써 이루어진다.
계속해서, 압전 트랜스(280)의 동작에 대해서 설명한다. 도 13에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(283), 전극(285), 및 전극(287)은, 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(284), 전극(286), 및 전극(288)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 한편, 도 14에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(283), 전극(286), 및 전극 (288)은, 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(284), 전극(285), 및 전극(287)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 또한, 도 13, 및 도 14에 있어서, 2차측 전극인 전극(296)과 전극(297)은, 전기적으로 접속되어서 단자 C에 접속된다.
여기서, 도 13, 및 도 14에 있어서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 입력 전압으로서, 주파수가, 구형판(282)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진주파수 근방인, 교류전압을 인가하면, 압전 트랜스(280)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압을, 출력 전압으로서 단자 CD 사이에서 출력할 수 있다. 도 13의 경우와 도 14의 경우에서는, 전극(283), 전극(284), 전극(285), 전극(286), 전극(287), 및 전극(288)의 접속의 조합이 상이한 것 뿐이고, 교류전압을 인가했을 때의 동작은 동일하다.
본 실시형태의 압전 트랜스(280)에 있어서, 구형판(282)의 내부에 구성되어 있는 전극은, 구형판(282)의 폭 방향의 단면(端面)에 노출되어 있다. 따라서, 구형판(282)의 내부 전극과 구형판(282)의 두께 방향에 수직인 주면 위에 구성된 전극과의 전기적 접속이 용이하게 실현될 수 있다.
도 12의 (3)은, 압전 트랜스(280)에 있어서, 구형판(282)의 주면 위에 전극을 형성하지 않는 경우의 중심선(299)에 있어서의 단면도이다. 압전 트랜스(280)에 있어서, 구형판(282)의 홀수번째의 내부 전극(예로서, 전극(365)이나 전극(363))을 구형판(282)의 폭 방향의 한쪽의 단면(端面)에 노출시키고, 구형판(282)의 짝수번째의 내부 전극(예로서, 전극(362)이나 전극(364))을 구형판(282)의 폭 방향의 다른 쪽의 단면에 노출시키면, 구형판(282)의 주면 위에 전극을 형성하지 않고, 구형판(282)의 내부 전극만을 서로 접속하는 것이 가능하다. 도 12의 (3)에 있어서, 전극(360), 및 전극(361)은, L자형 형상이 아니고, 평판 형상으로 형성되어서, 압전 트랜스의 폭 방향의 단면에만 설치되어 있다. 또한, 적층 구조의 최상층 및 최하층인 압전체층에는 분극이 존재하지 않는다. 이들은, 전극(370)과 전극(371), 및 전극(380)과 전극(381)의 각각에 관해서도 적용된다. 이상과 같이, 그 주면 위에 전극을 설치하지 않은 구형판(282)을 배치하면, 압전 트랜스의 주면을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의한 1차측 전극은, 압전체층과 전극층이 적층된 적층 구조이지만, 도 12의 (2) 및 도 12의 (3)에 나타내는 바와 같이, 압전체층 사이는 전극층에 의해서 완전히 분리되는 것은 아니고, 인접하는 압전체층의 단부(端部)간에 결합이 존재한다. 즉, 임의의 인접하는 2개의 압전체층은, U자형 구조를 하고 있다. 이것은, 압전 트랜스의 제조 공정에 있어서, 압전체층과 전극층을 적층해서 압착할 때에, 인접하는 압전체층이 융착하기 때문이다.
본 실시형태의 압전 트랜스(280)는, 1차측 전극이, 이상 설명한 바와 같은 적층 구조이므로, 본 발명의 실시형태 3, 및 실시형태 4에 있어서의 압전 트랜스와 마찬가지로, 본 발명의 실시형태 1, 혹은 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스에 비해서, 1차측 전극의 용량치를 크게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스(280)는, 본 발명의 실시형태 1, 혹은 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스에 비해서, 1차측 전극의 용량 CO1이 크게 될 수 있기 때문에, 큰 승압비 γ를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(280)에 있어서, 3λ/2 진동 모드를 이용함으로써, 기계적 진동의 진폭을 작게 해서 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수를 높게 함으로써, 한번의 진동으로써 취급하는 전력을 작게 하고 진동 회수를 증가시킴으로써 큰 전력을 취급할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태 3, 및 실시형태 4에 있어서의 압전 트랜스와 마찬가지로, 큰 응력이 발생하는 부분과, 분극의 방향이 불연속한 부분과는 일치하지 않는다. 즉, 통상적인 동작시에, 기계적 강도가 약한, 분극이 불연속한 부분에는, 큰 응력이나 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의한 압전 트랜스는 큰 전력을 취급할 수 있으며, 신뢰성이 높은 압전 트랜스를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(280)에 있어서, 본 발명의 실시형태 1, 실시형태 2, 실시형태 3, 및 실시형태 4에 있어서의 압전 트랜스와 마찬가지로, 1차측 전극의 길이를 비교적 길게 설정할 수 있으며, 또한, 진동에 의해서 유기되는 전하의 극성이 동일하기 때문에, 서로 상쇄되지 않으므로, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 종래의 압전 트랜스 보다도 크게 할 수 있고, 압전 트랜스가 단위 체적당 취급할 수 있는 전력을 크게 할 수 있다.
또한, 도 13, 및 도 14에 나타낸 압전 트랜스(280)의 분극 방향은, 각각 도 시한 것에 한정되지 않는다. 1차측 전극을 구성하는 각각의 전극간에 대해서는, 도 13에서는, 구형판(282)의 두께 방향과 길이 방향으로 인접하는 전극간에 서로 상이한 방향이면 좋고, 도 14에서는, 구형판(282)의 두께 방향으로 인접하는 전극간에서 서로 상이한 방향이고, 길이 방향으로 인접하는 전극간에서 서로 동일한 방향이면 좋다. 또한, 2차측 전극인 전극(296), 전극(297) 근방의 분극 방향도, 구형판 (282)의 길이 방향으로 서로 상이한 방향이면, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 13에 있어서, 1차측 전극인 전극(284), 전극(286), 및 전극(288)을 공통 전극으로서 설명했지만, 1차측 전극인 전극(283), 전극(285), 및 전극(287)을 공통 전극으로 하여도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 13, 및 도 14에 있어서, 압전체층의 수는 5층이지만, 이것에 한정되지 않는다. 압전체층수를 변화시켜도, 1차측 전극의 용량이 변화되는 것 뿐이며, 얻을 수 있는 효과는 본 실시형태와 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태에서는, 구형판의 재질로서 압전 세라믹을 이용해서 설명했지만, 니오브산리튬 등의 압전성 결정을 이용하여, 분극의 방향을 c축의 방향으로 구성하면, 압전 세라믹의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 6)
도 15, 및 도 16은, 본 발명의 실시형태 6에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이다. 또한, 도 17은, 도 16에 나타낸 압전 트랜스(400)의 분해도를 나타낸다. 또한, 도 17에 있어서, 도 16의 직선(420)에 있어서의 단면 구조도 나타내고 있다.
도 15에 있어서, 압전 트랜스(388)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판 (389)으로 구성된다. 구형판(389)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는, 1차측(입력측) 전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 위에 전극(390), 전극(392), 및 전극(394)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 위에 전극(391), 전극(393), 및 전극(395)으로서 이루어지는 1차측 전극이 각각 형성된다. 전극(390) 및 전극(391)의 각각의 중심선은, 구형판(389)의 중심선 (398)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(390)과 전극(391), 전극(392)과 전극(393), 및 전극(394)과 전극(395)은, 각각 구형판(389)의 두께 방향으로 서로 대향해서 형성되어 있다. 구형판(389)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(396) 및 전극(397)이 형성되어 있다. 전극(390), 전극(391), 전극(392), 전극(393), 전극(394), 전극(395), 전극(396), 및 전극 (397)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
도 16, 및 도 17에 있어서, 압전 트랜스(400)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판 (402)으로 구성된다. 구형판(402)의 길이 방향의 중앙 부근에는, 구형판 (402)의 길이 방향과 두께 방향으로 복수의 전극으로서 이루어지는 1차측(입력측) 전극이 형성되어 있다. 이것은, 구형판(402)의 두께 방향으로, 압전 세라믹 등의 압전 재료로서 이루어지는 압전체층과 금속 재료 등으로서 이루어지는 내부 전극층이 번갈아서 중첩된 적층 구조이다. 도 16에 있어서, 구형판(402)의 두께 방향에 수직인 면인 한쪽의 주면 위에는, 전극(500), 전극(510), 및 전극(520)이 각각 형성되고, 구형판(402)의 또 다른 한쪽의 주면 위에는 전극(501), 전극(511), 및 전극 (521)이 각각 형성된다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 구형판(402)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에 대향하는 1차측 전극 사이에는, 5개의 압전체층과 4개의 전극층이 존재한다. 또한, 구형판(402)의 내부에는, 전극(502), 전극(503), 전극 (504), 전극(505), 전극(512), 전극(513), 전극(514), 전극(515), 전극(522), 전극 (523), 전극(524), 및 전극(525)이 형성된다. 전극(500), 전극(501), 전극(502), 전극(503), 전극(504), 및 전극(505)은, 구형판(402)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 마찬가지로, 전극(510), 전극(511), 전극(512), 전극(513), 전극(514), 및 전극(515)도, 구형판(402)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 또한, 전극(520), 전극 (521), 전극(522), 전극(523), 전극(524), 및 전극(525)도, 구형판(402)의 두께 방향으로 서로 대향한다. 전극(500) 및 전극(501)의 각각의 중심선은, 구형판(402)의 중심선(419)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 구형판(402)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(416) 및 전극(417)이 형성되어 있다. 전극(500), 전극(501), 전극(510), 전극(511), 전극(520), 전극(521), 전극(416), 및 전극(417)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 압전 트랜스(400)에 있어서, 구형판(402)의 내부 전극은, 각각 그 일부가 구형판(402)의 폭 방향의 한쪽의 단면( 端面)에 노출된다. 또한, 전극(502)과 전극(504), 전극(503)과 전극(505), 전극 (512)과 전극(514), 전극(513)과 전극(515), 전극(522)과 전극(524), 및 전극(523)과 전극(525)은, 각각의 일부가, 구형판(402)의 폭 방향의 단면(端面)에, 구형판 (402)의 길이 방향으로 상이한 영역에 노출된다. 따라서, 전극(500), 전극(501), 전극(502), 전극(503), 전극(504), 및 전극(505)이, 구형판(402)의 두께 방향으로 대향해서 형성되어 있어도, 전극(500)과 전극(501)의 형상을, 도 17에 나타내는 바와 같이, 구형판(402)의 폭 방향의 단면(端面)까지 연장된 형상으로 함으로써, 구형판(402)의 표면에 형성된 전극(500)과 내부 전극인 전극(502)과 전극(504)을 전기적으로 접속하고, 또한, 그것과 독립해서 동일 단면(端面)상에서, 구형판(402)의 표면에 형성된 전극(501)과 내부 전극인 전극(503)과 전극(505)을 전기적으로 접속시킬 수 있다. 마찬가지로, 전극(510), 전극(512), 및 전극(514)이 전기적으로 접속되고, 동일 단면(端面)상에서, 전극(511), 전극(513), 및 전극(515)이 전기적으로 접속된다. 또한, 전극(520), 전극(522), 및 전극(524)이 전기적으로 접속되고, 동일 단면(端面)상에서, 전극(521), 전극(523), 및 전극(525)이 전기적으로 접속된다.
본 실시형태의 압전 트랜스(388), 및 압전 트랜스(400)에 있어서, 구형판 (389) 및 구형판(402)의 폭 방향의 한쪽의 단면(端面)에만, 1차측 전극의 양극(兩極)이 형성되므로, 외부와 압전 트랜스의 1차측 전극과의 전기적 접속이 용이하게 실현될 수 있다. 예로서, 압전 트랜스의 제조 공정에 있어서, 1차측 전극의 전극 인출을 리드선으로써 실행할 경우, 압전 트랜스를 회전시켜서 2면에서 접속하는 공 정이 필요 없게 되어, 제조 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(400)에 있어서, 구형판(402)의 표면에 형성된 전극과 구형판(402)의 내부 전극은, 구형판(402)의 폭 방향의 1개의 단면(端面)만으로, 전기적으로 접속시킬 수 있다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 복수의 압전체층과 전극층으로서 구성되는 적층 구조를 갖는 경우에는, 구형판(402)의 내부의 전극 중, 접속시키고 싶은 전극에 대해서, 그 전극의 일부를 폭 방향의 한쪽의 단면(端面)에 노출시키는 구조로 하면, 구형판(402)의 표면에 형성된 전극과 구형판(402)의 내부에 있는 전극과의 접속도 1개의 면만으로서 할 수 있다.
또한, 실시형태 5에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 압전 트랜스(388)에 있어서, 구형판(389)의 내부 전극을 구형판(388)의 폭 방향의 단면(端面)에 노출시키면, 구형판(388)의 주면 위에 전극을 형성하지 않고, 구형판(389)의 내부 전극만을 서로 접속시키는 것도 가능하다. 그 경우에 있어서도, 외부와 압전 트랜스의 1차측 전극과의 전기적 접속을 용이하게 실현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(388)에 있어서 구형판(389)의 표면에 형성되는 전극(390), 전극(391), 전극(392), 전극(393), 전극(394), 및 전극(395)의 형상은, 본 발명의 실시형태 1 및 실시형태 2에 있어서의 압전 트랜스의 1차측 전극의 형상에 적용할 수 있다. 그 경우에는, 본 실시형태와 마찬가지로, 구형판의 폭 방향의 한쪽의 단면(端面)에, 1차측 전극의 양극(兩極)이 형성되므로, 외부와 압전 트랜스의 1차측 전극과의 전기적 접속이 용이하게 실현될 수 있다. 또한, 그 경우에는, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태 와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 바와 같은 구형판(402)의 표면에 형성되는 전극과 구형판(402)의 내부 전극과의 접속은, 구형판의 표면에 형성되는 전극의 형상을 변화시키고, 구형판의 내부 전극을 구형판의 한쪽의 단면(端面)에 노출시킴으로써, 본 발명의 실시형태 3 및 실시형태 4의 압전 트랜스에 적용할 수 있다. 또한, 그 경우에는, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 7)
도 18의 (1)은, 본 발명의 실시형태 7에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 측면도이다. 압전 트랜스(440)는, 압전 재료로서 이루어지는 구형판(442)으로 구성된다. 구형판(442)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는, 1차측(입력측) 전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 위에 전극(443), 전극 (445), 및 전극(447)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 위에 전극(444), 전극(446), 및 전극(448)으로서 이루어지는 1차측 전극이 형성된다. 또한, 전극(443) 및 전극(444)의 각각의 중심선은, 구형판(442)의 중심선과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(443)과 전극(444), 전극(445)과 전극 (446), 및 전극(447)과 전극(448)은, 각각 구형판(442)의 두께 방향으로 서로 대향해서 형성되어 있다. 구형판(442)의 길이 방향의 2개의 단면(端面)에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(456)과 전극(457)이 형성되어 있다. 전극(443), 전극 (444), 전극(445), 전극(446), 전극(447), 전극(448), 전극(456), 및 전극(457)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로서 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
본 실시형태에서는, 도 18의 (1)에 나타내는 바와 같이, 구형판(442)의 길이 방향에 있어서, 전극(443), 전극(444)의 각각의 길이(L1)는, 구형판(442)의 길이(L)의 1/3이다(L1=L/3). 또한, 전극(445)과 전극(446), 및 전극(447)과 전극(448)은, 구형판(442)의 길이 방향의 중심에 관해서 대칭으로 형성된다. 또한, 전극(445) 및 전극(448)의 길이를 각각 L2, 전극(447) 및 전극(448)의 길이를 각각 L3으로 하면, L2=L3이 성립된다.
또한, 도 18의 (1)에 있어서, 구형판(442) 상에 나타낸 화살표는, 구형판 (442)의 재질이 티탄산지르콘산납(PZT) 등의 압전 세라믹인 경우는, 분극의 방향을 나타내고, 압전성 결정인 경우는, c축 배향의 방향을 나타낸다. 구형판(442)이 압전 세라믹인 경우, 전극(443)과 전극(444)과의 사이, 전극(445)과 전극(446)과의 사이, 및 전극(447)과 전극(448)과의 사이는, 구형판(442)의 두께 방향으로 분극되고, 전극(443)과 전극(444) 사이의 두께 방향의 분극 방향과, 전극(445)과 전극 (446) 사이, 및 전극(447)과 전극(448) 사이의 두께 방향의 분극 방향이 상이하다. 또한, 전극(445), 전극(446)과 전극(456)의 사이, 및 전극(447), 전극(448)과 전극 (457)의 사이는, 구형판(442)의 길이 방향으로 분극되고, 그들의 분극 방향은, 구형판(442)의 길이 방향으로 상이하다. 분극 처리는, 각각의 영역에, 적절한 직류 고전압을 인가함으로써 이루어진다.
이어서, 압전 트랜스(440)의 동작에 대해서 설명한다. 도 18의 (1)에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(443), 전극(445), 및 전극(447)은, 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(444), 전극 (446), 및 전극(448)은, 전기적으로 접속되어 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속된다. 또한, 2차측 전극인 전극(456) 및 전극(457)은, 전기적으로 접속되어서 단자 C에 접속된다. 여기서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 주파수가, 구형판 (442)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교류전압(입력전압)을 인가하면, 압전 트랜스(440)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은, 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 따른 고전압을, 출력 전압으로서 단자 CD 사이에서 출력할 수 있다.
도 18의 (2)는, 압전 트랜스(440)가, 길이 방향으로 3/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축은, 압전 트랜스(440)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(440)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내며, ＋ 방향에는 압전 트랜스(440)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, － 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다. 또한, 압전 트랜스(440)가 도 18의 (2)에 나타내는 변위 분포일 때의 진동에 의해서 구형판(442)에 유기되는 전하 분포를, 도 18의 (3)에 나타낸다. 도 18의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(440)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 진동에 의해서 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전 하량을 나타낸다.
압전 트랜스(440)는, 구형판(442)의 길이 방향으로 3/2 파장의 진동을 여진하기 위해서, 1차측 전극을 구성하는 구형판(442)의 중앙부의 전극(443), 전극 (444)의 각각의 길이를 너무 길게 하면, 구동 효율이 저하된다. 도 19의 (1)은, 전극(443), 전극(444)의 각각의 길이가, 구형판(442)의 길이의 1/3보다 긴 경우의 압전 트랜스(440)의 측면도이다. 도 19의 (2)는, 진동에 의해서 유기되는 전하 분포를 나타낸다. 도 19의 (2)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(440)의 길이 방향의 위치를 나타내고, 종축은, 진동에 의해서 구형판(442)에 유기되는 전하의 정부(正負)의 극성과 전하량을 나타낸다. 도 19의 (3)은, 구형판(442)에 도 19의 (2)에 나타내는 전하 분포가 유기될 때에 압전 트랜스(440)에 여진되는 기계적 진동의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 도 19의 (3)에 있어서, 횡축은, 압전 트랜스(440)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 압전 트랜스(440)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내며, ＋ 방향에는 압전 트랜스(440)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, － 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 각각 나타내고 있다. 이 경우에는, 전극(443), 전극(444)의 각각의 길이가, 유기되는 전하의 극성이 변경되는 점을 넘는다. 따라서, 도 19의 (2)에 나타내는 바와 같이, 전극(443), 전극(444) 사이의 2차측 전극측에는, 중앙부와는 극성이 반대의 전하가 발생함으로써, 전하의 상쇄가 발생하고, 도 19의 (3)에 나타내는 바와 같이, 여진에 의해서 유기된 전하가 서로 상쇄되는 부분 만큼 진동에 의한 변위가 작게 된다.
한편, 도 18에 나타내는 바와 같이 전극(443), 전극(444)의 각각의 길이를, 구형판(442)의 길이의 1/3 이하로 설정하면, 도 18의 (3)에 나타내는 바와 같이, 전극(443), 전극(444) 사이에는 동일한 극성의 전하밖에 발생하지 않는다. 즉, 압전 트랜스(440)의 1차측 전극이, 도 19의 (1)에 나타내는 구성 보다도, 도 18의 (1)에 나타내는 구성의 쪽이, 동일 전력을 입력한 경우에 변위가 작아지지 않으므로, 압전 트랜스의 구동 효율이 높아진다.
또한, 구형판(442)의 길이 방향으로 3/2 파장의 진동 모드를 여진시켰을 때에 유기되는 전하의 극성이, 1차측 전극의 중앙부에 있는 전극인 전극(443), 전극 (444)이, 전극(445)과 전극(446), 및 전극(447)과 전극(448)에 대하여 반대로 되는 위치에 설치되고, 또한, 구형판(442)의 분극 방향이, 전극(443)과 전극(444) 사이에 대하여, 전극(445)과 전극(446) 사이, 및 전극(447)과 전극(448) 사이에서는, 구형판(442)의 두께 방향으로 상이한 방향으로 분극되어 있으므로, 등가적으로 1차측 전극의 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 1차측 전극의 실효적 전기-기계 결합계수 keff를 종래의 압전 트랜스 보다도 크게 할 수 있고, 압전 트랜스가 단위 체적당 취급할 수 있는 전력을 크게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 압전 트랜스(440)에 있어서, 전극(445), 전극(446), 전극(447), 및 전극(448)의 각각의 길이를 동일하게 함으로써, 1차측 전극의 임피던스를 구형판(442)의 중심에 관해서 대칭으로 설정할 수 있다. 따라서, 2차측 전극인 전극(456), 전극(457)의 용량, 및 임피던스를 동일하게 할 수 있다. 이 경우, 2차측(출력측)의 단자 C, 및 단자 D에 접속된 냉음극관 등의 부하에 대하여, 2개의 2차측 전극인 전극(456), 전극(457)에 동일한 비율로 부하가 걸리므로, 안정된 압전 트랜스의 구동이 될 수 있고, 구동 효율의 열화(劣化)를 억제할 수 있다.
또한, 도 18에 있어서, 구형판(442)에 있어서의 1차측 전극을 구성하는 전극 (443)과 전극(444) 사이의 분극 방향과, 전극(445)과 전극(446) 사이, 및 전극 (447)과 전극(448) 사이의 분극 방향이, 구형판(442)의 두께 방향으로 상이한 경우에 대해서 설명했지만, 분극 방향이 동일한 경우에도, 전극(443), 전극(446), 및 전극(448)을 전기적으로 접속하고, 전극(444), 전극(445), 및 전극(447)을 전기적으로 접속하여, 1차측 전극을 구성하면 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 2차측 전극 근방에 있어서의 분극의 방향은, 도 18에 나타낸 방향에 한정되지 않는다. 구형판(440)의 길이 방향의 분극 방향이 서로 상이하면, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 18의 (1)에 있어서, 1차측 전극인 전극(444), 전극(446), 및 전극 (448)을 공통 전극으로서 설명했지만, 1차측 전극인 전극(443), 전극(445), 및 전극(447)을 공통 전극으로 하여도, 이상 설명한 내용과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태는 1차측 전극에 대해서, 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면의 중앙부에 형성되는 전극, 및 그 2개의 전극에 의해서 두께 방향으로 사이에 끼워져 있는 내부 전극의 각각의 길이를 구형판의 길이의 1/3 이하로 설정하고, 그 구형판의 중앙부에 형성된 전극에 대하여, 구형판의 길이 방향으로 인접한 전극을, 구형판의 길이 방향의 중심에 관해서 대칭으로 형성함으로써, 1차측 전극이 압전체 층과 전극층으로 구성되는 적층 구조인 경우에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태 3 및 실시형태 4의 압전 트랜스에 적용해도, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 구형판에 있어서의 1차측 전극을 구성하는 전극에 대해서, 중앙의 전극의 각각의 길이가 1/3 이하로서, 중앙의 전극에 구형판의 길이 방향으로 인접하는 전극이, 구형판의 길이 방향의 중심에 관해서 대칭이면 좋고, 1차측 전극의 형상에 따르지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시형태 5 및 실시형태 6의 압전 트랜스에 적용해도, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 8)
도 20은, 본 발명의 실시형태 8에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이다. 도 20에 있어서, 압전 트랜스(460)는, 압전 재료로 된 구형판(462)으로 구성된다. 구형판(462)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는, 1차측(입력측) 전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 위에는 전극(463), 전극 (465) 및 전극(467)으로 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 위에는 전극(464), 전극(466) 및 전극(468)으로 이루어지는 1차측 전극이 각각 형성된다. 전극(463) 및 전극(464)의 각각의 중심선은, 구형판(462)의 중심선(479)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(463)과 전극(464), 전극(465)과 전극 (466), 및 전극(467)과 전극(468)은, 각각 구형판(462)의 두께 방향으로 서로 대향 해서 형성된다.
본 실시형태에 있어서, 2차측(출력측) 전극은, 전극(476) 및 전극(477)으로서, 구형판(462)의 길이 방향의 2개의 단면 근방에서, 구형판(462)의 두께 방향에 수직인 면인 주면 중, 한쪽의 주면 상에 형성되어 있다. 전극(463), 전극(464), 전극(465), 전극(466), 전극(467), 전극(468), 전극(476) 및 전극(477)은, 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
본 실시형태의 압전 트랜스(480)에 있어서, 2차측 전극은, 1차측 전극이 형성되는 한쪽의 면과 동일한 평면상에 형성된다. 따라서, 압전 트랜스의 제조시에, 2번의 공정으로써 1차측 전극과 2차측 전극을 형성할 수 있다. 즉, 2차측 전극을 1차측 전극과 동일 평면상에 형성함으로써, 제조 공정을 삭감하고, 소요 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또한, 도 20에 있어서, 2차측 전극은, 1차측 전극을 구성하는 전극(463) 등과 동일면 상에 형성되어 있지만, 1차측 전극을 구성하는 전극(464) 등과 동일면 상에 형성해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 2차측 전극의 구조는, 2차측 전극을 1차측 전극이 형성되는 한쪽의 주면과 동일한 평면상에 형성함으로써, 지금까지 설명한 각각의 실시형태에 있어서의 압전 트랜스에 적용할 수 있다. 또한, 그 경우에는, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 9)
도 21은, 본 발명의 실시형태 9에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이다. 도 21에 있어서, 압전 트랜스(480)는, 압전 재료로 된 구형판(482)으로 구성된다. 구형판(482)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는, 1차측(입력측)전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 상에는 전극(483), 전극 (485), 및 전극(487)으로 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 상에는 전극(484), 전극(486), 및 전극(488)으로 이루어지는 1차측 전극이 각각 형성된다. 전극(483) 및 전극(484)의 각각의 중심선은, 구형판(482)의 중심선(499)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(483)과 전극(484), 전극(485)과 전극 (486), 및 전극(487)과 전극(488)은 각각 구형판(482)의 두께 방향으로 서로 대향해서 형성되어 있다. 구형판(482)의 길이 방향의 2개의 단면에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(496) 및 전극(497)이 형성되어 있다. 전극(483), 전극(484), 전극(485), 전극(486), 전극(487), 전극(488), 전극(496), 및 전극(497)은 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 압전 트랜스(480)를 지지하는 지지대(600)가 제공된다. 이 지지대(600)는, 1개의 주면 상에 지지부(602, 604 및 606)를 구비하고 있다.
도 22의 (1)은, 본 실시형태의 압전 트랜스(480)와 지지대(600)의 측면도이다. 예로서, 도 22의 (1)에 있어서, 구형판(482)을 화살표로써 나타내는 방향으로 분극하고, 한쪽의 1차측 전극인 전극(483), 전극(485) 및 전극(487)을 전기적으로 접속해서 단자 A에 접속하고, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(484), 전극 (486) 및 전극(488)을 전기적으로 접속해서 공통 전극으로서 단자 B, 및 단자 D에 접속한다. 또한, 2차측 전극인 전극(496), 및 전극(497)은 전기적으로 접속해서 단자 C에 접속한다. 여기서, 단자 A와 단자 B와의 사이에, 주파수가, 구형판(482)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교류전압(입력전압)을 인가하면, 압전 트랜스(480)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다.
도 22의 (2)는 압전 트랜스(480)가 길이 방향으로 3/2 파장의 신축 진동을 하고 있을 때의 어느 시점에서의 길이 방향의 변위 분포를 나타낸다. 여기서, 횡축은, 압전 트랜스(480)의 길이 방향의 위치를 나타낸다. 종축은, 어느 순간의 압전 트랜스(480)의 기계적 진동에 의한 길이 방향의 변위를 나타내고, ＋ 방향에는 압전 트랜스(480)의 길이 방향 우측으로의 변위를 나타내고, － 방향에는 길이 방향 좌측으로의 변위를 나타낸다.
본 실시형태에 있어서, 지지대(600) 상에 구성되어 있는 3개의 지지부는, 도 22의 (1)에 나타내는 바와 같이, 구형판(480)에, 여진하는 3λ/2 진동 모드의 마디 부분에서 압전 트랜스(480)를 지지하고 있다. 따라서, 지지대(600)는 진동을 저해하는 일 없이 압전 트랜스의 지지 고정을 실행할 수 있다. 또한, 3개의 지지부를 전기적으로 도통이 될 수 있도록 설정하면, 압전 트랜스의 1차측 전극과의 접속이 실현되어서, 1차측 전극에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 도 22의 (1)에 나타낸 분극 방향만 본 발명의 실시형태에 의한 효과가 나타나지 않는 것은 아니고, 구형판(482)에 있어서의 두께 방향의 분극 방향이 구형판(482)의 두께 방향으로 모두 동일해도 좋다. 그 경우에는, 전극(483), 전극 (486) 및 전극(488)을 전기적으로 접속해서 한쪽의 1차측 전극을 구성하고, 전극 (484), 전극(485) 및 전극(487)을 전기적으로 접속하여 또 다른 한쪽의 1차측 전극을 구성하면, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태는, 진동의 마디 부분에서 압전 트랜스를 지지하고, 또한 1차측 전극에 접촉시킬 수 있으면, 지금까지 설명한 각각의 실시형태에 있어서의 압전 트랜스에 적용할 수 있다. 또한, 그 경우에는, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 10)
도 23은, 본 발명의 실시형태 10에 있어서의 3λ/2 진동 모드의 압전 트랜스의 사시도이다. 도 24는, 도 23에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이고, 도 25는 압전 트랜스의 2차측에 냉음극관을 접속한 경우를 나타내는 도면이다. 또한, 도 26은 본 발명의 실시형태 10에 있어서의 또 하나의 실시예인 압전 트랜스의 사시도, 도 27은 도 26에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이다.
도 23 내지 도 27에 있어서, 압전 트랜스(700)는 압전 재료로 된 구형판 (702)으로 구성된다. 구형판(702)의 두께 방향에 수직인 면인 2개의 주면에는, 1차측(입력측) 전극이 형성된다. 이 2개의 주면 중, 한쪽의 주면 상에는 전극(703), 전극(705) 및 전극(707)으로 이루어지는 1차측 전극이 형성되고, 또 다른 한쪽의 주면 상에는 전극(704), 전극(706) 및 전극(708)으로 이루어지는 1차측 전극이 각각 형성된다. 또한, 전극(703) 및 전극 (704)의 각각의 중심선은 구형판(702)의 중심선(719)과 실질적으로 일치하도록 형성되어 있다. 전극(703)과 전극(704), 전극 (705)과 전극(706), 및 전극(707)과 전극(708)은 각각 구형판(702)의 두께 방향으로 서로 대향해서 형성되어 있다. 구형판(702)의 길이 방향의 2개의 단면에는, 2차측(출력측) 전극으로서, 전극(716) 및 전극(717)이 형성되어 있다. 전극(703), 전극(704), 전극(705), 전극(706), 전극(707), 전극(708), 전극(716) 및 전극(717)은 은, 니켈, 또는 금 등의 금속 등으로 이루어지고, 증착, 스퍼터링, 인쇄, 또는 도금 등의 공법에 의해서 형성된다.
또한, 도 23 내지 도 27에 있어서, 구형판(702)에 나타낸 화살표는, 구형판 (702)의 재질이 티탄산지르콘산납(PZT) 등의 압전 세라믹인 경우에는, 미리 분극된 방향을 나타내고, 압전성 결정인 경우에는, c축 배향의 방향을 나타낸다. 도 23 내지 도 27에 있어서, 구형판(702)의 재질이 압전 세라믹의 경우, 전극(703)과 전극(704)과의 사이, 전극(705)과 전극(706)과의 사이, 및 전극(707)과 전극(708)과의 사이에는, 구형판(702)의 두께 방향으로 분극된다. 그리고, 1차측 전극을 구성하는 각각의 전극간에 있어서의 구형판(702)의 두께 방향의 분극의 방향은, 도 23 내지 도 25에 있어서, 전극(703)과 전극(704) 사이의 두께 방향의 분극의 방향과, 전극(705)과 전극(706) 사이, 및 전극(707)과 전극(708) 사이의 두께 방향의 분극의 방향과는 상이하다. 한편, 도 26 및 도 27에 있어서, 전극(703)과 전극(704) 사이, 전극(705)과 전극(706) 사이, 및 전극(707)과 전극(708) 사이의 두께 방향의 분극의 방향은 동일하다.
본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스(700)에 있어서, 전극(705), 전극(706)과 전극(716)과의 사이, 및 전극(707), 전극(708)과 전극(717)과의 사이의 분극 방향은, 구형판(702)의 길이 방향으로 분극되고, 그 방향은 구형판(702)의 길이 방향과 동일하다.
이어서, 압전 트랜스(700)의 동작에 대해서 설명한다. 도 24는, 도 23에 나타낸 압전 트랜스의 측면도이다. 도 24에 있어서, 한쪽의 1차측 전극인 전극(703), 전극(705) 및 전극(707)은 전기적으로 접속되어서 단자 A에 접속된다. 또한, 또 다른 한쪽의 1차측 전극인 전극(704), 전극(706) 및 전극(708)은 전기적으로 접속되어서 공통 전극으로서 단자 B에 접속된다. 또한, 2차측 전극인 전극(716)은 전기적으로 접속되어서 단자 D에, 전극(717)은 전기적으로 접속되어서 단자 C에 접속된다. 여기서 단자 A와 단자 B와의 사이에, 주파수가, 구형판(702)의 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 일으키는 공진 주파수 근방인, 교류전압(입력전압)을 인가하면, 압전 트랜스(700)는 길이 방향으로 신축하는 기계적 진동을 여진한다. 여진된 기계적 진동은 압전 효과에 의해서 전압으로 변환되고, 1차측 전극과 2차측 전극과의 임피던스비에 대응하는 고전압을, 출력전압으로서 단자 CD 사이에서 출력할 수 있다.
본 실시형태의 압전 트랜스(700)에 있어서, 2차측 전극 근방의 분극 방향은 구형판(702)의 길이 방향으로 동일한 방향으로 설정되어 있다. 이에 따라서, 2차측 전극 근방의 분극의 비율이 동일하고, 임피던스가 동일할 때, 2차측 전극인 전극(716) 및 전극(717)으로부터의 출력전압은 진폭이 동일하고, 위상이 180도 상이하다.
따라서, 압전 트랜스(700)의 출력측인 단자 C, 단자 D 사이에 부하를 접속하면, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 압전 트랜스(200) 등과 같이, 2차측 전극 근방의 분극 방향을 구형판의 길이 방향으로 상이한 방향으로 설정하고, 또한 2차측 전극을 전기적으로 접속한 경우에 비해서, 접속한 부하에 공급하는 전력이 동일한 경우, 압전 트랜스(700)에 걸리는 기계적인 부담은, 압전 트랜스(200) 등과 동일하지만, 압전 트랜스(700)의 2개의 2차측 전극 각각으로부터의 출력전압의 진폭은 1/2배로, 출력 전류의 진폭은 2배로 된다.
예로서, 도 25에 나타내는 바와 같이, 2차측 전극에 2개의 냉음극관(800)을 직렬로 접속한 경우, 접속한 2개의 냉음극관(800)의 양단의 전위차 Vout에 대하여, 전극(716)과 전극(717)의 출력전압의 위상은 서로 180도 상이하고, 진폭은 각각 Vout/2로 된다. 따라서, 압전 트랜스(700)의 2차측 전극과, 냉음극관과의 접속에 관계되는 배선, 단자 등의 내전압 레벨을 작게 설정할 수 있고, 또한 고전압의 배선과 기타 부분과의 거리에 의해서 발생하는 절연 파괴에 대해서도, 전압의 진폭이 작은 분 만큼, 근접시킬 수 있다.
도 23 내지 도 25에 있어서, 압전 트랜스(700)의 1차측 전극을 구성하는 전극(703)과 전극(704) 사이의 분극 방향과, 1차측 전극을 구성하는 기타의 전극간의 분극 방향이, 구형판(702)의 두께 방향으로 상이한 경우에 대해서 설명했지만, 도 26 및 도 27에 나타내는 바와 같이, 압전 트랜스(700)의 1차측 전극을 구성하는 각각의 전극간에, 분극 방향이 구형판(702)의 두께 방향으로 모두 동일한 경우에도, 전극(703), 전극(706) 및 전극(708)을 전기적으로 접속하고, 전극(704), 전극(705) 및 전극(707)을 전기적으로 접속해서 구성하면 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 압전 트랜스(700)의 2차측 전극 근방의 분극의 방향은, 도 23 내지 도 27에 나타내는 바와 같은 방향에 한정되지 않는다. 2차측 전극 근방의 분극의 방향이 구형판의 길이 방향으로 동일하면, 압전 트랜스(700)에 있어서의 분극의 방향과 반대라도, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 압전 트랜스는, 2차측 전극 근방의 분극의 방향을 구형판의 길이 방향과 동일한 방향으로 설정함으로써, 2개의 2차측 전극으로부터, 동일한 진폭으로서 위상이 180도 서로 상이한 전압을 출력할 수 있다. 그 경우, 각각의 실시형태의 압전 트랜스에 있어서의 효과를 유지하면서, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 11)
도 28은, 본 발명에 의한 압전 트랜스를 이용한 승압회로의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 승압회로는, 가변발진회로(902), 구동회로(904), 스위칭 회로(906), 압전 트랜스(908), 부하(910), 신호검출회로(912) 및 제어회로(914)로 구성된다. 가변발진회로(902)로써 주파수 신호를 발생시키고, 구동회로(904)와 스위칭 회로(906)로써, 압전 트랜스(908)의 구동신호를 생성한다. 압전 트랜스(908)의 2차측(출력측) 전극에 접속한 부하(910)에 대한 전압 변화에 따라서, 압전 트랜스 (908)를 안정적으로 구동할 수 있도록, 신호검출회로(912)에 의해서 검출된 신호에 따라서, 제어회로(914)에 의해서, 가변발진회로(902), 구동회로(904)를 통하여, 압전 트랜스(908)가 제어된다.
압전 트랜스를 승압용 인버터 회로에 이용하면, 종래의 전자 방식의 트랜스에 비해서, 압전 방식의 트랜스는 구동 효율이 높기 때문에, 전자 방식의 트랜스를 이용한 승압회로에 비해서 회로 효율이 높은 회로를 실현할 수 있다. 또한, 압전 방식의 트랜스는 전자 방식의 트랜스보다도 단위 체적당 취급할 수 있는 전기 에너지가 크므로 체적이 작고, 또한, 압전 트랜스가 구형판의 길이 진동을 이용하고 있으므로, 그 형상 때문에 승압회로의 박형화에도 유리하다. 더욱이, 본 발명에 의한 압전 트랜스에서는, 3λ/2 진동 모드를 이용하고 있으므로, 종래의 λ/2 진동 모드나, λ진동 모드를 이용한 동일한 형상의 압전 트랜스보다도 내부 응력이나 변형의 최대치가 작아서, 큰 전력을 취급할 수 있다.
(실시형태 12)
도 29는, 본 발명에 의한 압전 트랜스를 이용한 냉음극관 발광장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 냉음극관 발광장치는, 가변발진회로(922), 구동회로 (924), 스위칭 회로(926), 압전 트랜스(928), 냉음극관(930), 신호 검출회로(932),및 제어회로(934)로 구성된다. 가변발진회로(922)로써 주파수 신호를 발생시키고, 구동회로(924)와 스위칭 회로(926)로써, 압전 트랜스(928)의 구동신호를 생성한다. 압전 트랜스(928)의 2차측(출력측) 전극에 접속한 냉음극관(930)에 흐르는 전류 변화에 따라서, 압전 트랜스(928)를 안정적으로 구동할 수 있도록, 신호검출회로 (912)에 의해서 검출된 전류에 따라서, 제어회로(934)에 의해서, 가변발진회로 (922), 구동회로(924)를 통하여 압전 트랜스(928)가 제어된다.
(실시형태 13)
도 30은, 도 29에 나타내는 냉음극관 발광장치를 포함하는 액정 패널의 모식도이다. 액정 패널(940)에서는, 압전 트랜스 인버터 회로(942)와 냉음극관(944)으로 이루어지는 냉음극관 발광장치로써, 액정 패널용 발광장치를 구성할 수 있다.
종래의 전자 방식의 트랜스에서는, 냉음극관 점등 시작시의 고전압을 항상 출력해 두지 않으면 안 된다. 그러나 본 발명에 의한 압전 트랜스를 이용함으로써, 냉음극관의 점등 시작시와 점등시의 부하 변동에 따라서, 압전 트랜스의 출력전압이 변화하므로, 액정 디스플레이나 액정 모니터에 존재하는 기타의 회로 시스템에의 악영향이 적다. 또한, 압전 트랜스로부터 냉음극관으로의 출력전압이 대략 정현파이므로, 냉음극관의 점등에 기여하지 않는 불필요한 주파수 성분도 적다.
또한, 압전 방식의 트랜스는, 전자 방식의 트랜스보다도 단위 체적당 취급할 수 있는 전기 에너지가 크므로, 체적이 작고, 또한, 압전 방식의 트랜스가 구형판의 길이 진동을 이용하고 있으므로, 그 형상 때문에 박형화에도 유리하다. 따라서, 액정 디스플레이나, 액정 모니터의 가장자리 부분 등의 좁은 장소에도 탑재할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의한 압전 트랜스에서는, 3λ/2 진동 모드를 이용하고 있으므로, 종래의 λ/2 진동 모드나, λ진동 모드를 이용한 동일한 형상의 압전 트랜스보다도 내부 응력이나 변형의 최대치가 작아서, 큰 전력을 취급할 수 있다.
본 발명에 의하면, 압전 트랜스에 여진하는 진동에 의해서 발생하는 내부 응력이나 변형이 큰 부분과, 분극의 방향이 불연속한 부분이 어긋나 있음에 따라서, 기계적인 강도가 약한 부분에, 통상의 동작시에는 큰 응력이나 변형이 발생하지 않고, 큰 전력을 취급할 수 있다. 또한, 3λ/2 진동 모드를 이용함으로써, 기계적 진동의 진폭을 작게 하여 탄성 변형을 억제하고, 또한 구동 주파수를 높게 함으로써, 한번의 진동으로써 취급하는 전력은 작게 하고 진동 회수를 증가시킴으로써, 큰 전력을 취급할 수 있다. 또한, 2차측의 임피던스가 낮으므로 전류가 흐르기 쉬운 구조이다.
또한, 본 발명에 의하면, 분극의 방향이 불연속한 부분이 적고, 기계적 강도가 높아 신뢰성을 향상시킬 수 있으므로, 큰 전력을 취급할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 1차측 전극이 압전체층과 전극층으로 된 적층 구조이므로, 1차측 전극의 용량을 크게 할 수 있으므로, 승압비를 크게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 1차측 전극을 구성하는 구형판 내부의 전극이, 구형판의 폭 방향의 한쪽의 단면에만 노출되어 있음으로써, 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 상에 구성된 전극과, 내부에 구성된 전극과의 전기적 접속을 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 1차측 전극과 외부 단자와의 접속을 구형판의 폭 방향의 하나의 면만으로써 실행할 수 있으므로, 제조 공정수를 삭감하고, 소요 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 1차측 전극을 구성하는 전극에 대해서, 구형판의 중앙부에 설치되는 전극을 길이 방향으로 사이에 끼우는 2개의 전극의 길이를 동일하게 함으로써, 1차측 전극의 임피던스를 구형판의 중심으로부터 대칭으로 설정할 수 있는 것에 추가하여, 2차측 전극의 임피던스를 동일하게 할 수 있기 때문에, 2개의 2차측 전극에 동일한 비율로 부하가 걸리므로, 안정적인 구동을 할 수 있고, 구동 효율의 열화(劣化)를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 구형판의 주면 상에 1차측 전극과 2차측 전극을 구성함으로써, 제조 공정, 소요 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 압전 트랜스에, 여진하는 3λ/2 진동 모드의 마디 부분에서 지지 고정을 실행하고, 또한 지지 고정과, 1차측 전극과 외부 단자와의 전기적인 접속을 겸하고 있기 때문에, 진동 저해가 작고 확실하게 지지 고정과, 1차측 전극과 외부 단자와의 전기적인 접속을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 2차측 전극 근방의 분극 방향을 구형판의 길이 방향과 동일한 방향으로 설정함으로써, 2개의 2차측 전극으로부터, 동일한 진폭으로서 위상이 180도 상이한 전압을 출력할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래의 전자 방식의 트랜스를 이용한 승압회로에 비해서 소형, 박형으로서, 회로 효율이 높은 승압회로를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 다른 회로 시스템에의 악영향이 적고, 냉음극관의 점등에 기여하지 불필요한 주파수 성분도 적은 액정 패널, 및 액정 패널을 탑재한 기기를 실현할 수 있다.

Claims (34)

  1. 압전재료로 된 구형판(矩形板)과,
    상기 구형판 위에 형성된 1차측 전극 및 2차측 전극을 구비하고,
    상기 1차측 전극에 교류전압을 인가하여, 상기 구형판에 상기 구형판의 길이 방향으로 신축하는 2분의 3 파장 상당의 기계적 진동을 여진시키고, 상기 2차측 전극으로부터 전압을 출력시키는 압전 트랜스로서,
    상기 1차측 전극은 상기 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면에 상기 구형판을 사이에 끼우도록 대향해서 형성된 복수의 전극쌍으로 구성되고,
    상기 복수의 전극쌍은 상기 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 중앙부에 형성되는 제 1 전극쌍과, 상기 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 상기 제 1 전극쌍에 대하여 양측에, 또한 상기 제 1 전극쌍과 인접해서 형성되는 제 2 전극쌍 및 제 3 전극쌍으로 구성되며,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 전극쌍은 상기 구형판의 길이 방향에 수직으로, 또한 상기 구형판을 길이 방향으로 2등분하는 중심선에 대하여 대칭으로 형성되고,
    상기 2차측 전극은 상기 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 각각 형성된 복수의 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구형판은 압전 세라믹 또는 압전 단결정으로 형성되고,
    상기 구형판에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 전극쌍에 의해 사이에 끼인 영역에서의 압전 세라믹의 분극 방향, 또는 압전 단결정의 c축 방향이, 상기 구형판의 제 1 전극쌍에 의해 사이에 끼인 영역에서의 분극 방향, 또는 c축 방향과 상이한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구형판은 압전 세라믹 또는 압전 단결정으로 이루어지고,
    상기 구형판에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 전극쌍에 의해 사이에 끼인 영역에서의 압전 세라믹의 분극 방향, 또는 압전 단결정의 c축 방향이 모두 동일한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  5. 삭제
  6. 압전재료로 된 구형판과,
    상기 구형판 위에 형성된 1차측 전극 및 2차측 전극을 구비하고,
    상기 1차측 전극에 교류전압을 인가하여, 상기 구형판에 상기 구형판의 길이 방향으로 신축하는 2분의 3 파장 상당의 기계적 진동을 여진시키고, 상기 2차측 전극으로부터 전압을 출력시키는 압전 트랜스로서,
    상기 구형판은 두께 방향으로 적층된 복수의 압전체층으로 구성되고,
    상기 1차측 전극은 상기 복수의 압전체층과 복수의 전극층이, 상기 구형판의 두께 방향으로 적층되어서 형성되고, 또한 길이 방향으로 복수의 전극군(電極群)으로 구성되며,
    상기 복수의 전극군은 상기 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 중앙부에 형성되는 제 1 전극군과, 상기 구형판의 길이 방향을 기준으로 하여 상기 제 1 전극군에 대하여 양측에, 또한 상기 제 1 전극군과 인접해서 형성되는 제 2 전극군 및 제 3 전극군으로 구성되고,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 전극군은 상기 구형판의 길이방향에 수직이고, 또한 상기 구형판을 길이방향으로 2등분하는 중심선에 대하여 대칭으로 형성되며,
    상기 2차측 전극은 상기 구형판의 길이 방향의 2개의 단부 근방에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구형판 내부의 전극층의 단부가 상기 구형판의 폭 방향의 단면에 노출되고, 상기 구형판 내부의 전극층이 상기 단면에 의해서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 구형판 내부의 전극층의 단부가 상기 구형판의 폭 방향의 한쪽 단면에만 노출되고, 상기 구형판 내부의 전극층이 상기 한쪽 단면에 의해서만 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 1차측 전극 중, 상기 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 형성되는 전극이, 상기 주면 위로부터 상기 구형판의 폭 방향의 한쪽 단면 위까지 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  11. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 구형판의 길이 방향에 있어서, 상기 제 1 전극쌍 또는 제 1 전극군에 있어서의 전극의 길이가 상기 구형판의 3분의 1 이하의 길이인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 3 전극쌍에 있어서의 전극의 면적은, 각각 상기 제 1 전극쌍에 있어서의 전극의 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구형판의 폭 방향에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 전극쌍에 있어서의 전극의 길이가, 각각 상기 제 1 전극쌍에 있어서의 전극의 길이와 동일하고,
    상기의 구형판의 길이 방향에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 전극쌍에 있어서의 전극의 길이가, 각각 상기 제 1 전극쌍에 있어서의 전극 길이의 10％ 이상, 100％ 미만인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  15. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 구형판은 압전 세라믹, 또는 압전 단결정으로 이루어지고,
    상기 구형판의 상기 2차측 전극 근방에 있어서, 압전 세라믹의 분극 방향, 또는 압전 단결정의 c축 방향이 상기 구형판의 길이 방향으로 동일한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  16. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 2차측 전극은 상기 1차측 전극이 형성된 동일한 면 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  17. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 압전 트랜스의 기계적 진동의 마디 부분(節部)에, 상기 압전 트랜스를 고정하고, 또한 전극에 접촉하는 도전성 재료로 된 지지부를 구비한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  18. 제1항 또는 제6항에 기재된 압전 트랜스와,
    상기 압전 트랜스에 입력전압을 공급하는 입력회로, 및
    상기 압전 트랜스의 출력전압을 출력하는 출력회로를 구비한 것을 특징으로 하는 승압회로.
  19. 제1항 또는 제6항에 기재된 압전 트랜스와,
    상기 압전 트랜스에 입력전압을 공급하는 입력회로, 및
    상기 압전 트랜스의 출력전압을 출력하는 출력회로를 구비하고,
    상기 출력회로가 냉음극관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극관 발광장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 압전 트랜스에 있어서, 상기 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 상기 구형판을 사이에 끼고 대향하도록 형성된 복수의 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상이, 상기 전극쌍에 따라서 상이한 것을 특징으로 하는 승압회로.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 압전 트랜스에 있어서, 상기 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 상기 구형판을 사이에 끼고 대향하도록 형성된 복수의 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상이, 상기 전극쌍에 따라서 상이한 것을 특징으로 하는 냉음극관 발광장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제 1 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상이 상기 제 2 및 제 3 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상과 180도 상이한 것을 특징으로 하는 승압회로.
  23. 삭제
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제 1 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상이 상기 제 2 및 제 3 전극쌍에 인가되는 교류전압의 위상과 180도 상이한 것을 특징으로 하는 냉음극관 발광장치.
  25. 삭제
  26. 제19항에 기재된 냉음극관 발광장치를 포함하는 액정 패널.
  27. 제26항에 기재된 액정 패널을 포함하는 기기.
  28. 제4항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극쌍은 상기 구형판에 기계적인 진동을 여진시킨 경우에, 그 구형판에 있어서의 응력이 최대로 되는 부분과, 상기 구형판에 있어서의 분극방향 또는 c축 방향이 불연속적인 부분이 일치하지 않도록 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  29. 제6항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 3 전극군에 있어서의 전극의 면적은, 각각 상기 제 1 전극군에 있어서의 전극의 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 구형판의 폭 방향에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 전극군에 있어서의 전극의 길이가, 각각 상기 제 1 전극군에 있어서의 전극의 길이와 동일하고,
    상기의 구형판의 길이 방향에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 전극군에 있어서의 전극의 길이가, 각각 상기 제 1 전극군에 있어서의 전극 길이의 10％ 이상, 100％ 미만인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 압전 트랜스에 있어서, 상기 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 상기 구형판을 사이에 끼고 대향하도록 형성된 복수의 전극군에 인가되는 교류전압의 위상이, 상기 전극군에 따라서 상이한 것을 특징으로 하는 승압회로.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 압전 트랜스에 있어서, 상기 구형판의 두께 방향에 수직인 2개의 주면 위에 상기 구형판을 사이에 끼고 대향하도록 형성된 복수의 전극군에 인가되는 교류전압의 위상이, 상기 전극군에 따라서 상이한 것을 특징으로 하는 냉음극관 발광장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 제 1 전극군에 인가되는 교류전압의 위상이 상기 제 2 및 제 3 전극군에 인가되는 교류전압의 위상과 180도 상이한 것을 특징으로 하는 승압회로.
  34. 제32항에 있어서, 상기 제 1 전극군에 인가되는 교류전압의 위상이 상기 제 2 및 제 3 전극군에 인가되는 교류전압의 위상과 180도 상이한 것을 특징으로 하는 냉음극관 발광장치.
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