KR100574152B1 - 압전 트랜스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저주파 구동이 가능하고 소형화를 도모할 수 있음과 동시에 실장면적을 저감할 수 있어 생산성의 향상도 가능한 압전 트랜스에 관한 것이다.

본 발명의 압전 트랜스는 외부 전극(14, 16)에 도전성 수지로 구성된 리드선(18, 20, 22)이 각각 제공됨과 동시에, 압전 소성체(12)의 일차측의 단부가 접착제(26)에 의하여 고정용 수지(24)에 고정된다. 이 상태로 일차측 외부 전극(14)에 접속된 리드선(18, 20)에 구동 전압을 인가하면, 일차측에서는 압전 소성체(12)의 전기기계 결합작용에 의해서 기계진동이 발생한다. 이 기계진동이 이차측에 전달되면, 기계전기 결합작용에 의해서 출력 전압이 발생하여, 이차측 외부 전극(16)에 접속된 리드선(22)을 통하여 출력된다. 압전 소성체(12)는 고정된 일차측 단부를 기준으로 하여 이차측 단부가 진동하며, 압전 소성체(12)의 전체길이는 구동 주파수의 대략 1/4이 된다.

Description

압전 트랜스{PIEZO ELECTRIC TRANSFORMER}

도 1은 본 발명의 실시예 1의 압전 트랜스를 도시하는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예 1의 압전 트랜스의 주요 제조 순서를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예 2의 압전 트랜스의 적층 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예 2의 압전 트랜스의 외부 전극과 실장 상태를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예 2의 압전 트랜스의 전극 전장비와 출력 전력의 관계를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명의 실시예 2의 압전 트랜스의 전극 전장비와 승압비의 관계를 나타내는 그래프,

도 7은 본 발명의 실시예 2의 압전 트랜스의 전극 전장비와 효율의 관계를 나타내는 그래프,

도 8은 본 발명의 실시예 3의 압전 트랜스의 적층 구조를 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 실시예 3의 다른 실장 상태의 예를 나타내는 도면,

도 10은 본 발명의 실시예 4의 압전 트랜스의 실장 상태를 도시한 도면,

도 11은 종래 기술을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 분말 12, 42, 70, 70P, 70Q : 압전 소성체

14, 44A, 44B : 일차측 외부 전극 16, 46, 46P, 46Q : 이차측 외부 전극

18, 22 : 리드선 24 : 고정용 수지

26 : 접착제 30, 34 : 내부 전극

30A, 30B, 34A, 34B : 절제부 32, 36, 38 : 그린시트

50, 80 : 수지제 케이스 52 : 에폭시계 접착제

54A : 일차측 단자 58 : 리드선

60 : 기판 82 : 탄성 단자

84 : 탄성 플레이트 86 : 인출부

본 발명은 압전 효과를 이용한 압전 트랜스에 관한 것으로, 특히 액정디스플레이용 인버터나 집진기의 고압 발생 회로에 적당한 압전 트랜스에 관한 것이다.

압전 트랜스는 최근, 노트북 퍼스널 컴퓨터 등의 액정디스플레이의 백 라이트(back light)용 인버터 트랜스로서 많이 사용하고 있다. 종래의 압전 트랜스는 구동 주파수와 소성체의 길이가 공진 조건을 만족하는 일정한 관계에 있고, 구동 주파수에 상당하는 파장을 λ로 하였을 때, λ 구동 또는 λ/2 구동이 기본으로 되어 있다. 또한, 그 구조에 있어서, 압전체의 일측 단부를 입력부, 타측 단부를 출력부로 구성한 소위 로젠형이나, 압전체의 중심부를 입력부, 양단을 출력부로 구성 한 소위 중앙 구동형이 일반적이다.

도 11에는 로젠형 압전 트랜스의 기본구성과 진동의 모양이 표시되고 있다. 도 11a의 예에 있어서, 판형상의 압전체(100)의 좌측 상하면에 일차측의 전극(102)이 마련되고 있고, 압전체(100)의 우측 단면에 이차측의 전극(104)이 설치된다. 압전체(100)의 좌측은 두께 방향으로 분극하고 있고, 압전체(100)의 우측은 길이 방향으로 분극하고 있다. 이러한 로젠형의 압전 트랜스를 λ 구동하면, 압전체(100)는 도 11b에 점선으로 도시하는 바와 같이 진동한다. 또한, λ/2 구동하면, 압전체(100)는 도 11c에 점선으로 도시하는 바와 같이 진동한다.

그러나, 상술한 종래 기술의 압전 트랜스는 다음과 같은 불합리한 점이 있다.

(1) 압전 트랜스를 액정 디스플레이의 백 라이트용 인버터 트랜스로서 사용하는 경우, 인버터 트랜스로부터 백 라이트의 냉 음극관에 이르는 결선으로 통상 리드선이 이용된다. 이 리드선에는 부유 용량이 존재하기 때문에 구동 주파수를 높게 하면 부유 용량에 의한 손실이 많이 발생한다. 또한, 리드선의 부유 용량이 인버터 트랜스의 이차측의 임피던스에 영향을 미치게 되어 충분한 출력 전압을 얻을 수 없다는 문제도 있다. 이것을 회피하는 수단으로서는 ① 리드선을 극히 짧게 하여 부유 용량의 절대량을 저감시키는 방법과, ② 구동 주파수를 낮게 하여 리드선의 임피던스 저하를 방지하는 두 가지 방법이 있다.

그런데, 액정 디스플레이는 더욱 박형화가 요구되고 있는 실정이다. 한편, 액정 디스플레이의 뒷편이나 옆측에 인버터 트랜스를 실장하면, 아무리 해도 박형 화는 어려워진다. 그래서, 주 회로 부근에 인버터를 실장하는 방법이 있지만, 상기 ①의 리드선을 짧게 하는 것은 곤란해진다. 이러한 관점에 비추어, 상기 ②의 저 주파수 구동 방식에 의해서 부유 용량에 의한 리드선의 임피던스 저하를 막는 방법이 바람직하다. 그러나, 구동 주파수를 낮게 설정한다고 해도, 인간이나 동물의 가청 주파수 대역으로 하는 것은 잡음 발생의 관점에서 바람직하지 못하다. 그러므로, 가청 주파수 대역을 넘는 약 60 kHz 근방의 구동 주파수가 바람직하다.

그러나, 그와 같은 낮은 주파수로 상술한 λ 구동 혹은 λ/2 구동을 하면, 아무래도 압전 소자의 전장이 길어지게 된다. 예컨대, 60 kHz에서 구동하는데 필요한 압전 소자의 길이는 λ 구동에서는 약 55 mm λ/2 구동에서는 28 mm가 된다. 또한, 구동 주파수에 대응하는 소자의 길이는 재료의 탄성 상수에 의해서 변화하지만, 세라믹을 재료로서 이용하는 경우 탄성 상수의 변화는 미미하다. 따라서, 재료의 선택에 의한 소자 길이의 저감에는 한계가 있다.

(2) 구동 주파수를 낮게 하는 경우, λ 구동 방식보다도 λ/2 구동 방식이 압전 소자를 짧게 할 수 있다. 그러나, 도 11c에 도시한 바와 같이, 로젠형으로 λ/2 구동을 하면, 진동의 마디가 1개소가 되기 때문에, 압전 소자의 지지가 문제가 된다. 또한, 압전 소자의 출력단은 고전압이 되기 때문에, 절연 등의 측면에서 다른 전자부품을 배치하는 것은 바람직하지 못하다. 그런데, 압전 소자의 중앙부에 전극을 마련하여, 양단으로부터 출력을 생성하는 중앙 구동형의 경우 양단으로 고전압이 발생하기 때문에, 양단부 근방에 전자부품 등을 배치할 수 없고, 결과적으로 압전 소자양단에 있어서 부품실장 면적이 확대되어 액정 디스플레이의 소형화가 어려워진다.

(3) 액정 디스플레이에는 다양한 크기가 있고, 그 크기에 따라 냉 음극관의 사이즈도 다르다. 이러한 이유로, 인버터 트랜스도 냉 음극관 사이즈에 따른 출력 전력을 얻을 수 있도록 인버터 트랜스의 사양이 변경될 필요가 있다. 그러나, 이러한 방식에 의하면 생산성이 저하되고 비용이 상승하는 문제가 있다.

그러므로, 본 발명은 이상의 점에 착안한 것으로, 저주파 구동이 가능하고 소형화를 도모할 수 있음과 동시에 실장 면적을 저감할 수 있어, 생산성의 향상이 가능한 압전 트랜스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 로젠형의 압전 트랜스에 있어서, 기계 진동의 전달 방향에 있어서 소자의 길이를 구동 주파수의 파장의 대략1/4 로 한 것을 특징으로 한다. 주요한 한가지 형태는 상기 압전체를 압전재에 의해서 형성되어 있고 일차측 내부 전극이 마련된 압전 시트를 적층하여 구성한 것을 특징으로 한다. 다른 형태는 기계진동의 전달 방향에 있어서의 일차측 전극의 길이가 소자의 길이에 대하여 50 % ∼ 80 %, 더욱 바람직하게는 65 % ∼ 75 %인 것을 특징으로 한다. 또 다른 형태는 상기 일차측 내부 전극의 단부를 압전시트의 단부로부터 어긋난 위치로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예는 압전체에 저압측 전극과 고압측 전극을 형성한 로젠형의 압전 트랜스에 있어서, 기계진동의 전달 방향에 있어서의 소자의 길이를 구동 주파수의 파장의 대략 1/4로 함과 동시에, 상기 저압측 전극을 고정한 것 을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 형태는 압전체에 저압측 전극과 고압측 전극을 형성한 로젠형의 압전 트랜스 소자를 다수개 구비하고 있고, 각 압전 트랜스 소자는 기계진동의 전달 방향에 있어서의 소자의 길이가 구동 주파수의 파장의 대략 1/4로서, 상기 저압측 전극을 고정함과 동시에 상기 고압측 전극을 탄성 단자에 공통으로 접촉시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상술한 목적 및 다른 목적, 특징과 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면로부터 명확해 질것이다.

(1) 실시예 1

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 실시예 1을 설명한다. 본 실시예는 단일 판의 로젠형의 압전 트랜스와 동일형상의 예이다. 도 2는 주요 제조 공정을 도시한다. 우선, PZT(지르콘산티탄산연) 등의 압전 세라믹의 분말(10)을 준비하고(도 2a 참조), 압전 세라믹 분말(10)을 금형(도시하지 않음)을 이용하여 프레스 성형한다. 그 다음, 탈 바인더 처리 한 후, 소성하여 압전 소성체(12)를 얻는다(도 2b 참조). 이때, 시험 제작된 압전 소성체(12)의 치수는 길이 L = 13.5 mm, 폭 W = 4 mm, 두께 T = 1.5 mm 이다.

다음에, Ag 등과 같은 외부 전극(14, 16)을 스크린 인쇄 등의 적절한 방법으로 형성한다(도 2c 참조). 일차측 외부 전극(14)은 저압측, 이차측 외부 전극(16)은 고압측으로 되어 있다. 그리고, 이들 외부 전극에 전압을 인가하여 압전 소성체(12)의 분극을 행한다. 즉, 압전 소성체(12)의 좌측은 일차측 외부 전극(14) 사이에 전압을 인가하여, 도면에서 화살표(FA)로 예시된 두께 방향으로 분극을 실시한다(도 2d 참조). 또한, 압전 소성체(12)의 우측은 일차측 외부 전극(14)과 이차측 외부 전극(16)과의 사이에 전압을 인가하여, 도면에서 화살표(FB)로 예시된 길이 방향으로 분극을 실시한다(도 2e 참조).

이상과 같이 하여 얻어진 압전 소성체(12)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 각 전극면에 도전성 수지의 리드선(18, 20, 22)이 각각 마련됨과 동시에, 압전 소성체(12)의 일차측(도 1a의 좌측)의 단부가 접착제(26)에 의해 고정용 수지(24)에 고정된다. 이 상태로 일차측 외부 전극(14)에 접속된 리드선(18, 20)에 구동 전압을 인가하면, 일차측에서는 압전 소성체(12)의 전기기계 결합작용에 의해서 기계진동이 발생한다. 이러한 기계진동이 이차측(도 1a의 우측)에 전달되면, 기계전기 결합작용에 의하여 출력 전압이 발생하여, 이차측 외부 전극(16)에 접속된 리드선(22)을 통하여 출력된다.

하기 표 1에는 본 발명의 실시예 1에 관련하여 시험제작된 압전 트랜스에 100kΩ의 부하를 접속하였을 때의 입출력 특성이 표시되어 있다. 표 1에 예시된 바와 같이 입력 전압이 5 Vrms(실효치)인 데 대하여, 출력 전압은 85 Vrms 로 되고, 17배의 승압비를 얻을 수 있었다. 또한, 출력 전류는 0.32 mA이고 효율(출력 전력/입력 전력)은 76.8 % 이었다. 이들을 단일 판 로젠형의 종래 기술과 비교하더라도, 충분한 특성을 나타내고 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 압전 소성체(12)의 길이가 L = 13.5 mm 이지만, 구동 주파수는 58.2 kHz이고, 압전 트랜스 소자의 길이가 15 mm 이하이고, 60kHz 이하의 저주파 구동 소자를 얻을 수 있었다. 도 1b에는 본 발 명의 제 1 실시예에 있어서의 압전 소성체(12)의 진동의 모양이 표시되고 있다. 동 도면에 도시된 바와 같이 압전 소성체(12)는, 고정된 일차측 단부를 기준으로 하여 이차측단부가 진동하고 있다. 이 변위 분포로부터 본 발명의 제 1 실시예의 압전 소성체(12)의 전장이 구동 주파수의 대략 1/4로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

항목		특성
입출력 특성 (100KΩ부하접속)	입력전압	5 Vrms
	출력전압	85 Vrms
	승압비	17배
	출력전류	0.32 mA
	효율	76.8 %
구동주파수		58.2 kHz

이상과 같이, 본 발명의 실시예 1에 의하면, 구동 주파수의 파장 λ에 대하여 트랜스 소자의 전장이 λ/4 이기 때문에, 60 kHz 이하의 저주파로 구동하더라도 소형화가 가능하다. 또한, 고정측인 일차측이 저전압이기 때문에, 절연 처리가 간편하고 부품의 실장이 매우 용이하게 된다. 또한, 압전 트랜스를 소형화할 수 있기 때문에, 원하는 출력이 생성되도록 다수개를 병렬 접속하더라도 점유면적의 증가가 억제된다. 이러한 이유 때문에, 한가지 사이즈의 압전 트랜스를 양산하여 다양한 출력에 대응할 수 있어 비용의 저감을 도모할 수 있다.

(2) 실시예 2

다음에 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시예 2에서는 상기 실시예 1로 얻어진 입출력 특성을 더욱 향상시키기 위하여 일차측 전극을 적층화시킨 구성으로 되어있다. 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 내부 전극(30)을 스크린 인쇄한 PZT에 의한 그린 시트(32)와, 내부 전극(34) 을 마찬가지로 스크린 인쇄한 PZT에 의한 그린시트(36)를 제작한다. 양자의 그린 시트(32, 36)는 내부 전극(30, 34)의 패턴이 다를 뿐으로, 이외의 것은 동일하다. 그린 시트(32, 36)의 길이 LG = 15.8 mm, 폭 WG = 4.6 mm, 두께 TG = 35 μm 이다. 내부 전극(30, 34)은 그린 시트(32, 36)의 거의 절반의 길이가 되는 크기로 인쇄된다. 그리고, 서로 반대 방향의 측부 위치에 절제부(30A, 34A)가 각기 형성되어 있다.

이들 그린 시트(32, 36)는 교대로 25층 적층된다. 그리고 더욱이, 상하에 보호용의 그린 시트(38)를 적층하여, 전체적으로 27층으로서 가열 가압한다. 이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같은 압착체(40)를 얻었다. 압착체(40)의 치수는 길이 LP = 15.9 mm, 폭 WP = 4.7 mm, 두께 TP = 0.92 mm 이다. 압착체(40)를 1100 ℃의 분위기로 소성함으로써, 도 4a에 예시된 바와 같은 길이 LB = 13.5 mm, 폭 WB = 4 mm, 두께 TB = 0.78 mm의 압전 소성체(42)를 얻었다. 압전 소성체(42)에, 예컨대 Ag 페이스트로 외부 전극(44A, 44B, 46)를 형성한다. 이들 중에서 일차측 외부 전극(44A)은 도 3a에 예시된 내부 전극(34)의 절제부(34A)의 위치에 형성되어 있고, 내부 전극(30)이 접속하고 있다. 또한, 일차측 외부 전극(44B)는 도 3a에 도시된 내부 전극(30)의 절제부(30A)의 위치에 형성되어 있고, 내부 전극(34)이 접속하고 있다. 이차측 외부 전극(46)은 소성체(42)의 단부에 형성되어 있다.

다음에, 이들의 외부 전극(44A, 44B, 46)를 이용하여, 도 4b와 같이, 일차측은 화살표 FA의 방향으로, 이차측은 화살표 FB의 방향으로 각각 분극을 실시한다. 즉, 외부 전극(44A, 44B) 사이에 전압을 인가하는 것으로, 내부 전극(30, 34)사이 에 전압이 인가되어, 압전 소성체(42)의 일차측이 화살표(FA) 방향으로 분극된다. 또한, 외부 전극(44A, 44B)과 외부 전극(46) 사이에 전압이 인가됨으로써, 내부 전극(30, 34)과 외부 전극(46)과의 사이에 전압이 인가되어, 압전 소성체(42)의 이차측이 화살표(FB) 방향으로 분극된다. 본 발명의 실시예 2에 관해서 시험제작된 압전 트랜스로 사용한 재료의 항전계(抗電界)는 2 kV/mm 이기 때문에, 그에 대응하는 전압을 전극(44A, 44B, 46) 사이에 각각 인가하여 분극을 행하였다.

다음에, 이상과 같이 하여 수득된 압전 소성체(42)를, 도 4c에 도시된 바와 같이 수지제 케이스(50)에 고정한다. 즉, 수지제 케이스(50)의 내측에, 압전 소성체(42)의 일차측 단부를 에폭시계 접착제(52)로 고정한다. 수지제 케이스(50)에는 전극 단자(54A, 54B, 56)가 밀봉(hermetic) 가공에 의해서 장착되어 있다. 이들의 각 단자(54A, 54B, 56)는 리드선(58)을 거쳐서 외부 전극(44A, 44B, 46)에 도전성 수지 혹은 납땜(59)에 의하여 접속된다. 수지제 케이스(50)의 깊이 D는 1.3 mm로 가공되어 있고, 압전 소성체(42)와 기판(60)의 간극 C는 약 0.2 mm 이다.

이상과 같이 하여 얻어진 압전 트랜스에 대하여 실시예 1와 마찬가지의 평가를 한 바, 표 2와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이것을 상술한 단일 판 구성의 실시예 1과 비교하면 승압비, 출력 전류, 효율이 모두 향상되어 본 발명의 실시예에 이러한 적층화의 유효성을 확인할 수 있었다.

항목		특성
입출력 특성 (100KΩ부하접속)	입력전압	5 Vrms
	출력전압	1125 Vrms
	승압비	225배
	출력전류	0.45 mA
	효율	92 %
구동주파수		58.9 kHz

도 5에는 본 발명의 실시예에 있어서의 내부 전극의 전장비와 출력 전력의 관계가 예시되어 있다. 가로축은 압전 소성체(42)의 전장(LB)에 대한 내부 전극(30, 34)의 길이(LE)의 비율로 LE/LB이고(도 4a 참조), 세로축은 출력 전력이다. 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이 내부 전극 길이가 길면 출력 전력도 증대하지만, 전장의 72 % 전후로 출력 전력은 피크가 되고, 그 이후는 반대로 감소한다. 특히, 50∼80 %로 양호한 출력 전력을 얻을 수 있고, 65∼80 %에서는 0.4 W 이상의 높은 출력 전력을 얻을 수 있다.

도 6에는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 내부 전극의 전장비(가로축)와 승압비(세로축)의 관계가 도시되어 있다. 도 6의 실시예 2는 상술한 도 5와 유사하게 전장의 72 % 전후에서 승압비도 피크가 되고, 그 이후는 반대로 감소한다. 특히, 50∼80 %에서 양호한 승압비를 얻을 수 있어, 65∼80 %에서는 180배 이상의 높은 승압비를 얻을 수 있다.

도 7에는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 내부 전극의 전장비(가로축)과 효율(세로축)의 관계가 도시되어 있다. 또한, 효율은 출력 전력/입력 전력이다. 동 도면에 도시된 바와 같이 내부 전극의 전장비가 70 % 이상으로 되면 효율은 서서히 저하한다. 그러나, 75 % 이하로 되면, 효율은 60 % 이상의 효율을 얻을 수 있다.

이상의 결과를 종합하면 다음과 같다.

① 내부 전극의 전장비가 50∼80 %인 경우 양호한 출력 전력과 승압비를 얻을 수 있다. 특히, 65∼80 % 에서는 더욱 높은 출력 전력과 승압비를 얻을 수 있다.

② 내부 전극의 전장비가 65∼75 %에서 출력 전력, 승압비 및 효율의 모든 것이 양호해진다.

(3) 실시예 3

다음에 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예 3에 대하여 설명한다. 상술한 실시예 2의 경우, 도 3a에 도시한 바와 같이, 그린 시트(32, 36)의 일차측 단부까지 내부 전극(30, 34)이 형성되어 있다. 한편, 압전 소성체(42)는 도 4c에 도시된 바와 같이, 일차측 단부가 고정되어 있다. 이 때문에, 고정 단부 부근을 주목하여 보면, 시트와 전극의 적층부에 압전 트랜스 소자의 변위에 의한 응력이 가해지도록 하여, 경우에 따라서는 적층면의 박리나 트랜스 소자의 파괴 등이 생길 가능성이 있다. 그래서, 본 실시예에서는 실시예 2로 얻어진 특성을 더욱 향상시키기 위해서, 일차측 단부의 고정부에 변위에 의한 응력의 완화부를 마련한 것이다.

즉, 본 실시예 3에서는 도 8a에 도시된 바와 같이 일차측의 내부 전극(30, 34)의 시트 단부측에 절제부(30B, 34B)를 마련하여 전극 단부가 시트 단부로부터 간신히 내측에 어긋난 위치로 되어있다. 이것을 상기 실시예 2와 같이 적층, 소성하여 도 8b에 도시된 압전 소성체(70)를 얻었다. 그 치수는, 길이 Lb = 13.6 mm, 폭 Wb = 4 mm, 두께 Tb = 0.78 mm 이었다. 이 압전 소성체(70)를 도 9a에 도시된 바와 같이 수지제 케이스(50)에 수납한다. 수납 방법은 상술한 실시예 2와 마찬가 지다.

이상과 같이 하여 얻어진 압전 트랜스에 대하여, 실시예 2와 마찬가지의 평가를 한 바, 다음 표 3와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이것을 상술한 실시예 2와 비교하면 출력 전류가 증가하고 있다. 이것은 압전 소성체(70)의 고정 단부에서의 왜곡이 전극 절제부(30B, 34B)의 작용에 의해서 완화되었기 때문에, 일차측의 변위손실이 저감되어, 이차측으로 진동이 효율적으로 전달되었기 때문이라고 생각된다.

항목		특성
입출력 특성 (100KΩ부하접속)	입력전압	5 Vrms
	출력전압	1115 Vrms
	승압비	223배
	출력전류	0.58 mA
	효율	93 %
구동주파수		59.0 kHz

이와 같이, 본 실시예 3에 의하면, 압전 트랜스의 고정측인 일차측 단부의 적층 구조를 개량하여, 고정 부분에 생기는 응력을 소성체 내부에서 완화하는 구조로 하였기 때문에 진동이 효율적으로 이차측에 전달되어 적층면의 박리나 압전 트랜스 소자의 파괴 등이 양호하게 저감된다. 또한, 본 실시예의 시험제작 예에서는 일차측 단부로부터 전극 단부의 거리(절제부(30B, 34B)의 길이)를 소자 전체 길이의 5 %로 하였지만, 이 거리는, 전체 길이의 30 % 이내로 하는 것이 특성상 유효한 것이 확인되어 있다. 또한, 상기 실시예에서는 내부 전극(30, 34)에 동일 길이의 절제부(30B, 34B)를 마련하였지만, 도 9b의 내부 전극(30C, 34C)과 같이 절제부의 길이가 다르게 되더라도 무관하다. 이와 같이 하면, 트랜스 소자 단부로 적층 구조가 더욱 개량되어 응력이 더욱 완화된다.

(4) 실시예 4

다음에, 도 10를 참조하면서, 본 발명의 실시예 4에 대하여 설명한다. 본 실시예는 상술한 실시예 3의 압전 트랜스 소자를 이용하여 고 출력형의 트랜스를 구성한 것이다. 상술한 실시예 1∼3은 모두 그 출력 전력이 0.5 W∼0.7 W 정도이며, 출력의 크기는 약간 부족하다. 그래서, 도 10과 같이 압전 소성체를 병렬 접속하는 구조로 구성한다. 도 10b는 도 10a의 평면도이다.

우선 실시예 3에서 얻어진 압전 트랜스 소자를 2개 준비하여, 그것들을 도 10a 및 도 10b와 같이, 수지제 케이스(80)내에 수납한다. 즉, 압전 소성체(70P, 70Q)의 일차측이 케이스측, 이차측이 서로 대치하도록 대칭적으로 배치한다. 트랜스 소자 고정이나 전극 접속 방법은 상술한 실시예 3과 동일하게 한다. 또한, 대치하는 압전 소성체(70P, 70Q)의 이차측에는 탄성 단자(82)가 설치된다.

탄성 단자(82)는 도 10c에 확대하여 도시된 바와 같이, 원통형의 얇은 판자의 일부를 결절하여 형성한 금속제의 탄성 플레이트(84)와, 그 중앙부에서 관통하는 인출부(86)에 의해서 구성되어 있다. 인출부(86)는 도 10b에 도시된 바와 같이 밀봉 가공에 의해서 수지제 케이스(80)에 장착되어 있다. 이와 같이, 탄성 단자(82)는, 탄성 플레이트(84)가 외측으로부터 중심을 향하여 변위 가능하도록 되어 있다. 그리고, 탄성 플레이트(84)가 압전 소성체(70P, 70Q)의 이차측 외부 전극(46P, 46Q)에 적절한 탄성을 갖고 접촉하는 구조로 되어 있고, 압전 소성체(70P, 70Q)의 진동이 방해되지 않도록 되어 있다. 또한, 탄성 단자(82)에 의해서 2개의 압전 트랜스 소자의 이차측 외부 전극(46P, 46Q)이 공통 단자화되어 있 다.

더욱이, 압전 소성체(70P, 70Q)는 도 10d에 화살표로 예시된 바와 같이, 탄성 단자(82)를 중심으로 하여 선대칭이 되도록 분극이 실시되고 있다. 이것은, 압전 소성체(70P, 70Q)가 동일 방향으로 진동하도록, 즉 일측의 압전 소성체가 신장할 때는 타측도 신장하고, 일측의 압전 소성체가 줄어들 때는 타측도 줄어들게 되어 있다.

이상과 같은 구성의 압전 트랜스의 일차측 단자(54A, 54B)에 입력 전압을 인가하면, 압전 소성체(70P, 70Q)가 동일 방향으로 진동한다. 출력 전압은 이차측 외부 전극(46P, 46Q)을 공통으로 만든 탄성 단자(82)를 통하여 출력된다. 본 실시예에 의하면, 좌우의 각 압전 소성체(70P, 70Q)에서 각기 출력을 얻을 수 있기 때문에, 상기 실시예 3의 출력을 2배로 한 형태로 전력을 출력하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같이 하여 얻어진 압전 트랜스에 대하여, 타 실시예와 마찬가지의 평가를 한 바, 다음 표 4와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이것을, 상술한 실시예 3와 비교하면, 출력 전압은 거의 동등하지만, 출력 전류가 거의 2배로 증가하고 있어, 상술의 출력 전력이 2배로 되는 작용의 타당성이 확인되었다. 본 실시예에 의하면, 이차측의 고 전압이 트랜스 소자의 중심부에서 출력된다. 이 때문에, 실장시에 배치될 수 있는 근방의 부품 배치 조건이 완화되어, 제약을 받는 일 없이 부품을 압전 트랜스 근방에 실장할 수 있다.

항목		특성
입출력 특성 (100KΩ부하접속)	입력전압	5 Vrms
	출력전압	1100 Vrms
	승압비	220배
	출력전류	0.11 mA
	효율	91 %
구동주파수		58.5 kHz

본 발명에는 많은 실시예가 있고, 이상의 개시에 근거하여 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 예컨대, 다음과 같은 것도 포함된다.

(1) 상기 실시예에서는 압전 소성체가 공중에 부상하도록 일차측을 고정 지지하였지만, 압전 소성체와 주위의 케이스나 기판과의 간극에 압전 소성체의 진동을 저해하지 않는 정도의 부드러운 발포 수지제 시트나 겔(Gel)상의 수지 시트를 삽입하는 것도 가능하다.

(2) 상기 실시예에서는 두개의 압전 소성체를 병렬로 배치하여 출력 전력의 향상을 도모하였지만, 다수의 압전 소성체를 병렬 또는 중첩 배치하는 것도 가능하다. 또한, 압전 소성체의 폭을 넓히는 것도 가능하다.

(3) 전극을 끌어 내리기 위한 리드선을 가능한한 진동하지 않는 장소로부터 인출하면 장기 수명화 등의 관점에서 안성마춤이다. 이러한 이유로 인하여, 일차측의 리드선은 가능하면 압전 소성체의 고정단에 가까운 위치로부터 인출하는 것이 바람직하다.

(4) 상기 실시예에 나타낸 치수나 재료는 하나의 예이고, 본 발명의 취지의 범위내에서 변경하는 것도 가능하다. 또한, 상기 실시예는 로젠형을 예로 설명하였지만, 소성체를 중심으로 비대칭의 구조로서 λ/4 구동이 가능하다면, 어떠한 형태에도 본 발명은 적용 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 소자길이를 구동 주파수의 파장의 대략 1/4 으로 하였기 때문에, 저주파로 구동하면서 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 일측 단부가 저압측이기 때문에, 그 주변 부품의 실장 조건을 완화할 수 있다.

(2) 압전체를 적층 구조로 하였기 때문에, 승압비, 출력 전력 및 효율이 향상된다.

(3) 일차측 전극의 길이를 소자길이에 대하여 50 % ∼ 80 %로 하였기 때문에, 승압비, 출력 전력 및 효율이 향상된다. 일차측 전극의 길이를 65 % ∼ 75 %로 하면 효율이 더욱 향상된다.

(4) 일차측 내부전극의 단부를 압전시트의 단부로부터 어긋난 위치로 하였기 때문에, 진동시에 고정부위에 있어서의 응력이 완화된다.

(5) 복수개의 압전 트랜스 소자를 병렬 접속함으로써 소망하는 출력을 얻기 때문에, 한가지 유형의 압전 트랜스를 양산함으로써 비용이 매우 절감된다.

Claims (7)

1. 로젠형의 압전 트랜스에 있어서,

   기계진동의 전달 방향에 있어서의 소자의 길이를 구동 주파수의 파장의 대략1/4로 한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압전체가 압전재에 의해 형성되어 있고, 일차측 내부 전극이 마련된 압전 시트를 적층하여 구성한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
3. 제 2 항에 있어서,

   기계진동의 전달 방향에 있어서의 일차측 전극의 길이가 소자의 길이에 대하여 50 %∼80 %인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
4. 제 2 항에 있어서,

   기계진동의 전달 방향에 있어서의 일차측 전극의 길이가 소자의 길이에 대하여 65 %∼75 %인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 일차측 내부 전극의 단부를 압전시트의 단부로부터 어긋난 위치로 한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
6. 압전체에 저압측 전극과 고압측 전극을 형성한 로젠형의 압전 트랜스에 있어서,

   기계진동의 전달 방향에 있어서의 소자의 길이를 구동 주파수의 파장의 대략1/4로 함과 동시에, 상기 저압측 전극을 고정한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.
7. 압전체에 저압측 전극과 고압측 전극을 형성한 로젠형의 압전 트랜스 소자를 복수개 구비하고 있고, 각 압전 트랜스 소자는,

   기계진동의 전달 방향에 있어서의 소자의 길이가 구동 주파수의 파장의 대략1/4로서, 상기 저압측 전극을 고정함과 동시에, 상기 고압측 전극을 탄성 단자에 공통으로 접촉한 것을 특징으로 하는 압전 트랜스.

Images