KR100436637B1

KR100436637B1 - 압전트랜스포머

Info

Publication number: KR100436637B1
Application number: KR1019970706799A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 가쯔노; 요시아끼 후다
Original assignee: 엔이씨 도낀 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2004-07-16
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: DE69716360D1; JP3978472B2; DE69716360T2; CN1178604A; WO1997029521A1; EP0821419B1; US6051915A; CN1160805C; KR19980703394A; TW420883B; EP0821419A1; EP0821419A4

Abstract

직사각형 압전체(23)가 길이 방향으로 등분된 제 1 에서 제 4 영역(A1,A2,A3,A4)이 구비되고, 제 1 및 제 4 영역(A1,A4)에 입력 전극으로서 평면 전극(24,25,26,27)을 설치함과 동시에 두께 방향으로 서로 반대 방향으로 분극하고, 나머지 제 2 및 제 3 영역(A2,A3)의 경계에 출력 전극으로서 띠형상 전극(30,31)이 설치된 압전 트랜스포머(21)로서, 압전체 길이와 동일한 파장에 대응한 주파수의 교류 입력 전압을 입력 전극에 인가하여, 상기 압전판을 1파장공진모드로 진동시키고, 그 진동에 따른 압전 효과에 의해 발생하는 전압을 출력 전극으로부터 인출한다. 상기 트랜스포머는, 소형이고, 진동 속도가 느리고 발열이 적으며, 효율이 양호하다. 변형으로서, 입력 전극은, 제 1 및 제 4 영역에 한하지 않고, 상기 1파장공진에 있어서 변위 분포가 서로 대상 혹은 반대가 되는 2개 영역에 설치할 수 있고, 출력 전극은 다른 영역에 설치할 수 있다. 다른 변형으로서, 제 1 및 제 2 영역을 입력부로 하고, 제 3 및 제 4 영역의 출력부와는 별개로 형성하여 서로 접착시킨다.

Description

압전 트랜스포머{PIEZOELECTRIC TRANSFORMER}

트랜스포머(변압기)로는, 철심에 코일을 감아 이루어진 전자식 트랜스포머가 공지되어 있다. 상기 전자식 트랜스포머는, 크기가 대형이라는 점, 소비 전력이 크다는 점, 전자 노이즈나 열이 발생한다는 점에서, 소형 전기기기의 전원용으로는 부적당하다. 가령, 정전기 발생 장치나 액정 디스플레이의 백라이트 점등용 고전압 전원의 트랜스포머로서는, 큰 출력 전류는 필요하지 않지만, 1kV-수 와트 정도의 출력 전압이 필요함과 동시에, 전자 노이즈나 소비 전력의 저감, 소형화 등이 요구되고 있다.

한편, 압전기 현상을 이용한 압전 트랜스포머는, 전자 노이즈의 발생이 거의 없고, 소형으로도 가능하기 때문에, 소형기기인 전원용 트랜스포머로서의 실용화가 검토되고 있다.

도 1(a) 및 (b)를 참조하여, 종래의 압전 트랜스포머(11)는, 직사각형의 압전 세라믹판(13)과, 상기 직사각형의 압전 세라믹판(13)의 한끝에서 길이 방향으로 대략 중반부(이하 제 1 부분이라 칭함)에서 두께 방향으로 대향되도록 설치된 두개의 표면 전극(15,15)과, 양 표면 전극 사이의 상기 제 1 부분의 내부에 두께 방향으로 간격을 두고 형성되어 있는 복수의 내부 전극(16,17)이 구비되어 있다. 또한, 상기 제 1 부분의 대향된 측면에 각각 형성되어 있는 측면 전극(18,19)에는, 표면 전극(15,15)이 각각 접속됨과 동시에, 하나 걸러 내부 전극(16)과 나머지 내부 전극(17)이 각각 접속되어 있다. 또한, 직사각형의 압전 세라믹 판(13)의 상기 제 1 부분과는 반대측 중반부(이하 제 2 부분이라 칭함) 단면(端面)상에 출력 인출용으로 형성된 단면 전극(20)이 구비되어 있다.

측면 전극(18,19) 간에 직류 전압을 인가함으로써, 직사각형의 압전 세라믹 판(13)의 상기 제 1부분이 분극 처리되어 있다. 즉, 직사각형의 압전 세라믹 판(13)은, 표면 전극(15,15) 및 내부 전극(16,17)의 각 전극간에서 분극되어 있고, 그 분극 방향은, 도 2(b)에 작은 화살표로 나타낸 바와 같이, 내부 전극(16,17)의 각 양측에서 서로 반대 방향이 된다. 또한, 양 표면 전극(15)과 단면 전극(20)간에도 직류 전압을 인가함으로써, 직사각형의 압전 세라믹 판(13)의 제 2 부분이, 도 1(b)에 큰 화살표로 나타낸 바와 같이, 길이 방향으로 분극되어 있다.

상기한 전극 구조를 가지는 1파장 공진형 압전 트랜스포머는, 로젠형 압전 트랜스포머라 불린다.

또한, 입력 전극으로서, 상기와 같이 복수의 내부 전극을 가지는 타입은, 실제로는 그 제조시 내부 전극과 압전체를 서로 번갈아 적층하면서 형성하기 때문에, 적층형이라 한다. 이에 대해, 내부 전극을 설치하지 않고 두께 방향의 분극을 대향하는 표면 전극(15,15) 사이에서 한쪽 방향만으로 한 타입의 것도 공지되어 있다. 이러한 타입은, 제조시에도 적층할 필요가 없고, 한 장의 압전체 표면에 전극을 구성하는 것만으로 충분하기 때문에, 이하 단판형이라 칭하도록 한다.

도 1(a) 및 (b)에 도시된 로젠형 압전 트랜스포머의 동작을 이하에 설명한다.

측면 전극(18,19)의 한 쪽을 접지 단자로 하고, 다른 쪽에 대해, 직사각형의 압전 세라믹판(13)의 길이 방향으로 진동하는 1 파장공진모드의 공진 주파수와 동일한 주파수의 교류 전압을 입력 전압으로서 인가하면, 적층형 압전 트랜스포머는 압전 진동자로서 작용하고, 도 2(a) 및 (b)에, 각각 도시된 변위 분포 및 왜곡 분포로 진동한다. 이 때, 표면 전극(15)과 내부 전극(16,17) 및 단면 전극(20)간에는 압전 효과에 의해 교류 전압이 발생한다. 발생되는 전압의 크기는, 표면 전극(15)과 내부 전극(16,17)간의 거리, 표면 전극(15)과 단면 전극(20)간의 거리, 및 입력 전압에 의해 대략 결정된다. 즉, 압전 트랜스포머에 있어서는, 압전 효과를 이용한 에너지 변환, 즉, 전기-기계-전기 변환에 의해, 변압된 전압을 얻을 수 있다.

그런데, 근래 전자 기기의 소형 및 경량화에 대한 요구에 따라, 이러한 종류의 압전 트랜스포머에 대해서도 소형 및 경량화가 요구되고 있다. 예를 들면, 길이(mm)x폭(mm)x두께(mm)=42x12x1.5인 압전 진동자의 폭을 반정도(42x6x1.5)로 하여, 그 체적을 반으로 줄일 것이 요구되고 있다.

그런데, 압전 진동자의 체적을 감소시키면, 전달되는 전력이 체적의 감소에 비례하여 저하된다. 이로 인해, 소정의 출력을 얻기 위해서는, 압전 진동자의 진동 속도를 증대시키지 않으면 안된다. 결국, 진동 모드 및 압전 진동자의 길이가 결정되면, 진동 주파수는 결정되어 버리기 때문에, 상기와 같이 압전 진동자의 폭을 반으로 한 경우에, 진동 속도를 증대시키기 위해서는 입력 전압을 크게 하여, 압전 진동자의 변위량(진폭)을 크게 하지 않으면 안된다.

그러나, 압전 진동자에 있어서 진동 속도의 증대는, 발열의 증대를 초래하여 효율의 저하를 초래한다. 특히, 압전 세라믹 고유의 진동레벨한계(진동자가 큰 진동속도, 큰 진폭하에서 발열에 의한 온도(△T)가 소정값에 달하는 진동속도를 의미하고, 그 소정값은 예를 들면 △T=25℃로 선정될 수 있다.)에 다다를 정도의 진동 속도로도 원하는 출력이 얻어지지 않는 경우에, 또한 진동 레벨 한계를 초과하여 진동 속도를 증가시켰다 해도, 발열이 지수함수적으로 증대하여 효율이 크게 저하될 뿐 원하는 출력을 얻을 수 없다. 즉, 종래의 로젠형 전극 구조를 가지는 압전 트랜스포머로는 소형화가 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은, 압전 세라믹으로 이루어지는 직사각형 판을 이용한 1파장 공진형 압전 진동자를 이용한 압전 트랜스포머에 관한 것이다.

도 1은, 종래의 로젠형 압전 트랜스포머에 관한 설명도로서, (a)는 개략적인 사시도이고, (b)는 (a)의 1B-1B선에 따른 단면도이다.

도 2(a) 및 (b)는, 도 1의 압전 트랜스포머를 구동시켰을 때 나타나는 압전 세라믹 판의 변위 분포와 왜곡 분포를 각각 나타낸다.

도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 압전 트랜스포머를 나타낸 도면으로서, (a)는 그 개략적인 사시도이고, (b)는 (a)의 압전 트랜스포머를 구동시켰을 때 나타나는 압전 세라믹판의 변위분포와 왜곡분포를 나타낸다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 압전 트랜스포머를 나타낸 도면으로서, (a)는 그 개략적인 사시도이고, (b) 및 (c)는, (a)의 4B-4B선 및 4C-4C선에 따른 단면도를 각각 나타낸다.

도 5는, 도 4의 적층형 압전 트랜스포머의 제조시에 서로 번갈아 적층되는 2종류의 전극이 부착된 그린시트의 각각에 대한 사시도이다.

도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단판형 압전 트랜스포머를 나타낸 개략적인 사시도이다.

도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 의한 적층형 압전 트랜스포머를 나타낸 도면으로서,(a)는 그 개략적인 사시도이고, (b),(c) (d) 및 (e)는, (a)의 7B-7B, 7C-7C선, 7D-7D선 및 7E-7E선에 따른 단면도를 각각 나타낸다.

도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 압전 트랜스포머를 나타낸 개략적인 사시도이다.

본 발명의 목적은, 종래의 압전 트랜스포머보다 소형이면서, 재료고유의 진동 레벨 한계보다도 느린 진동 속도로, 종래의 압전 트랜스포머와 동일한 정도의 출력을 얻을 수 있는 압전 트랜스포머를 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 직사각형 압전판의 길이 방향으로 진동하는 1파장공진모드의 진동을 이용한 압전 트랜스포머에 있어서, 제 1단으로부터 반대측인 제 2단까지 연이어 존재하는 판의 길이와, 판의 폭과, 판의 두께를 가지고, 외판(外板)의 길이를 따라 가상적으로 4등분된 제 1에서 제 4 영역이 상기 제 1단으로부터 제 2단까지 이 순서로 배열된 상기 직사각형 압전판과; 상기 압전판의 제 1단 및 제 2단에 각각 인접한 상기 제 1 영역 및 제 4 영역의 각각에 설치된 적어도 2장의 평면 전극을 가지고, 상기 판 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 교류 입력 전압을 받아들여 상기 압전판의 1파장 공진을 구동하기 위한 입력 전극 수단과; 상기 압전판의 상기 제 2 및 제 3 영역의 경계부에 있어서 상기 폭방향으로 연이어 존재하도록 설치된 띠형상의 전극을 가지고, 상기 압전판의 1파장공진으로부터 발생하는 교류 출력 전압을 출력하기 위한 출력 전극 수단을 가지며, 또한, 상기 제 1 영역 및 제 4 영역은 상기 판 두께 방향으로 서로 반대 방향으로 분극되어 있고, 상기 제 2 영역 및 제 3 영역은 상기 판길이 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머가 얻어진다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 직사각형 압전판의 길이 방향의 1파장 공진 모드 진동을 이용한 압전 트랜스포머에 있어서, 제 1단으로부터 반대측 제 2단까지 연이어 존재하는 판 길이와, 판의 폭과, 판의 두께를 가지고, 외판의 길이를 따라 가상적으로 4등분된 제 1에서 제 4 영역이 상기 제 1단으로부터 제 2단까지 이 순서로 배열된 상기 직사각형 압전판과; 상기 압전판의 중앙부의 상기 제 2 영역 및 제 3 영역의 각각에 설치된 적어도 2장의 평면 전극을 가지고, 상기 판 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 교류 입력 전압을 받아들여 상기 압전판의 1파장 공진을 구동시키기 위한 입력 전극 수단과; 상기 압전판의 상기 제 1 단 및 제 2 단의 단면상에 설치된 평면 전극을 가지고, 상기 압전판의 1파장 공진으로부터 발생하는 교류 출력 전압을 출력하기 위한 출력 전극 수단을 가지며, 또한, 상기 제2 영역 및 제 3 영역은 상기 판 두께 방향으로 서로 반대 방향이 되도록 분극되어 있고, 상기 제 1 영역 및 제 4 영역은 상기 판 길이 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머가 얻어진다.

더욱이, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 직사각형 압전판의 길이 방향의 1파장공진모드의 진동을 이용한 압전 트랜스포머에 있어서, 제 1단으로부터 반대측인 제 2단까지 연이어 존재하는 판의 길이와, 판의 폭과, 판의 두께를 가지고, 외판의 길이를 따라 가상적으로 4등분된 제 1에서 제 4 영역이 상기 제 1단으로부터 제 2단까지 이 순서로 배열된 상기 직사각형 압전판과; 상기 압전판의 상기 제 1영역 및 제 2영역에 걸쳐 설치된 적어도 2장의 평면 전극을 가지고, 상기 판 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 교류 입력 전압을 받아들여 상기 압전판의 1파장 공진을 구동시키기 위한 입력 전극 수단과; 상기 압전판의 상기 제 3 및 제 4 영역의 경계부에 있어서 상기 폭방향으로 연이어 존재하도록 설치된 띠형상의 전극과, 상기 제 2단의 단면상에 설치된 접지용 전극을 가지고, 상기 압전판의 1파장공진으로부터 발생하는 교류 출력 전압을 출력하기 위한 출력 전극 수단을 가지며, 또한, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역은 상기 판 두께 방향으로 서로 같은 방향이 되도록 분극되어 있고, 상기 제 3 영역 및 제 4 영역은 상기 판길이 방향으로 서로 반대 방향이 되도록 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머가 얻어진다.

또한, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 압전판의 상기 입력 전극 수단을 가지는 상기 제 1 및 제 2 영역 부분과, 상기 압전판의 상기 출력 수단을 가지는 상기 제 3 및 제 4 영역 부분이, 각각 입력부 및 출력부로서 별개 부품으로 이루어지며, 상기 입력부와 출력부가 서로 접합되고, 또한 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머가 얻어진다.

즉, 본 발명에 따르면, 1파장 공진 모드를 이용한 압전 트랜스포머로서, 압전판의 상기 제 1에서 제 4 영역중, 상기 1파장공진진동에 의한 압전판의 변위가 서로 대립되거나 또는 반대가 되는 2개의 영역에 입력 전극을 설치하고, 출력 전극을 다른 영역에 설치함으로써, 종래의 로젠형 압전 진동자에 비해 진동 속도 및 발열이 작고 소형이며 효율이 양호한 압전 트랜스포머가 얻어진다.

본 발명의 실시예에 따른 압전 트랜스포머를 도면을 이용하여 설명한다.

도 3(a)를 참조하면, 압전 트랜스포머(21)에는, 압전 세라믹 (예를 들면, PZT= 납·지르코네이트·티타네이트)으로 이루어진 직사각형판(23)이 구비되어 있다. 상기 직사각형의 압전 세라믹판(23)을, 그 길이(ℓ) 방향에서 4등분한 4개 영역(길이ℓ/4)을, 각각, 도면의 좌측으로부터, 제 1∼4의 영역(A1,A2,A3, 및 A4)으로 가정한다. 길이 방향의 양단측인 제 1 및 제 4 영역(A1 및 A4)의 각각에, 그 두께 방향으로 대향된 표면에 입력용 표면 전극(24a,25a,24b,25b)이 형성되어 있다. 이들 표면 전극은 평면 전극이고, 제 1 및 제 4 영역의 각각의 내부에서, 직사각형판(23)의 길이 방향 및 폭 방향으로 연이어 존재하지만, 각 영역내로 한정된다.

또한, 직사각형의 압전 세라믹 판(23)의 중앙측 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3)의 경계부에 있어서, 직사각형판(23)의 표리(表裏)면 상에, 그 폭방향으로 연이어 존재하는 띠형상의 표면 전극(30a 및 30b)이 형성되어 있다.

표면 전극(24a,25a,24b,25b)은, 직사각형판(23)을 1파장공진모드로 구동하기 위한 입력 전압을 인가하는 입력 전극 수단으로 이용되는 것으로서, 각각 인접한 영역과의 경계부 부근에, 입력 단자(28a,29a,28b,29b)가 각각 접속되어 있다.

한편, 띠형상의 내부 전극(26 및 27)은 출력 전압을 얻기 위한 출력 전극 수단으로서 이용되며, 출력 전극 단자(30a 및 30b)가 각각 접속되어 있다.

입력 단자(28a,28b)를 공통으로 접속하고, 또한 입력 단자(29a,29b)를 공통으로 접속하여, 이들 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 상기 제 1 및 제 4 영역(A1 및 A4)부분이 분극 처리된다. 분극의 방향은 도 3에 화살표로 도시한 바와 같이, 두께 방향으로 서로 반대 방향이다.

또한, 제 1 영역(A1)의 2개의 입력 단자(28a,29a)를 공통으로 접속하고, 출력 전극(26,27)의 2개의 출력 단자(30a,30b)를 공통으로 접속하여, 이들 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 제 2 영역(A2)이 도 3(a)에 굵은 화살표로 도시한 바와 같이, 길이 방향으로 우측을 향해 분극되어 있다(물론, 좌방향이어도 상관없다). 마찬가지로, 제 4 영역(A4)의 2개의 입력 단자(28b,29b)를 공통으로 접속하고, 출력 단자(30a,30b)를 공통으로 접속하여, 이들 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 제 3 영역(A3)이 도 3(a)에 굵은 화살표로 도시한 바와 같이, 길이 방향으로 우측을 향해 분극되어 있다(물론, 좌방향으로 분극해도 상관없다).

표면측에서 2개의 양측 입력 단자(28a,28b)를 공통으로 접속하고, 이면(裏面)측의 2개의 양측 입력 단자(29a,29b)를 공통으로 접속하여, 이들 사이에 교류전압을 인가한다. 그 주파수를 직사각형판(23)의 길이(ℓ)와 동일한 파장의 주파수로 하면, 직사각형판(23)은, 도 3(b)에 도시된 변위 및 왜곡을 드러내도록 진동한다. 제 1 및 제 2 영역(A1 및 A2)의 경계부와, 제 3 및 제 4 영역(A3 및 A4)의 경계부가 진동의 마디가 된다.

이러한 진동에 의해, 출력 전극(26 및 27)과 입력 전극(28a,28b,29a,혹은29b)간에, 승압된 교류 출력 전압을 얻을 수 있다. 따라서, 입력 단자(28a혹은29a)와 출력 단자(30a혹은30b)간에서 출력 전압을 얻거나 또는, 입력 단자(28b혹은29b)와 출력 단자(30a혹은30b)사이에서 출력 전압을 얻을 수 있다.

상기 구성의 압전 트랜스포머를 이하와 같은 방법으로 제조하였다.

고(高)Qm의 Mn_1/3Sb_2/3를 함유한 PZT로 이루어진 42x6x1.5(mm) 크기의 직사각형 압전 세라믹 그린시트를 대기중에서 1200℃로 소성(燒成)한 후, 상기 소정 위치에 은페이스트를 도금함으로써 입력 전극(28a∼29b)과 출력 전극(26 및 27)을 형성하였다. 그 후, 실리콘 오일안에서 온도 140℃, 전해 강도 1.0kV/mm로, 상기 분극 처리를 실시하였다.

이상과 같은 과정을 통해 제조된 압전 트랜스포머에 대해, 부하로서 직경이 2.6mm이고, 길이가 220mm인 냉음극관을 구동시켜 평가테스트를 실시하고, 측정된 특성을 표 1에 정리하였다. 비교예로서, 종래의 로젠형 압전 트랜스포머를 제작하고, 동일한 평가테스트를 실시하였다. 그 결과를 표 1에 함께 정리하였다.

[표 1]

표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 트랜스포머(실시예)에서는, 종래의 압전 트랜스포머(로젠형)에 비해, 동일 출력(관전류)이 얻어질 때의 진동 속도가 느리고, 발열량이 적다. 따라서, 효율도 높다.

실시예의 압전 트랜스포머에서는, 그 진동 레벨의 한계는 전극 형상이나 진동판 형상에 따르지만, 통상적으로 0.1∼0.2(m/s)정도이며, 큰 발열이 발견되지 않기 때문에, 진동 레벨 한계 이내라고 생각된다. 이에 대해, 비교예인 로젠형에서는 진동 속도는 실시예의 2배 가까이에 이르며, 발열량도 많다. 따라서, 비교예인 로젠형에서는 이미 진동 레벨 한계를 초과하기 때문에, 이 이상의 소형화는 불가능하다고 생각된다.

또한, 실시예의 압전 트랜스포머에서는, 비교예의 로젠형 압전 트랜스포머에 비해, 약간 승압비가 저하되어 있다. 그러나, 이러한 승압비의 저하는 근소한 것이고, 입력 전극을 적층구조(압전 재료와 전극 재료를 서로 번갈아 적층한 구조)로 하는 것으로 승압비는 용이하게 향상시킬 수 있기 때문에 특별히 문제가 되는 일은 없다.

본 실시예에 따르면, 1파장 공진모드로 구동되는 압전 트랜스포머에 있어서, 입력 전극을 압전 진동자의 길이 방향 단부에 형성하고, 출력 전극을 길이 방향 중앙에 형성하도록 함으로써, 소형이고, 진동 속도가 작고, 발열이 적은, 효율이 높은 압전 트랜스포머를 제공할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 입력 전극으로서 직사각형판(23)의 표리면에 형성한 표면 전극만을 채용하였으나, 이하의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 내부 전극을 가지는 적층형으로 할 수도 있다. 또한, 입출력 단자를 측면 전극으로서 형성하여도 좋다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 4(a),(b) 및 (c)를 참조하여, 본 실시예의 압전 트랜스포머도, 상기 실시예와 마찬가지로, 직사각형의 압전 세라믹판(23)에 입력 전극 수단과 출력 전극 수단이 설치되어 이루어지는 것이다. 도 3의 실시예와 마찬가지로, 직사각형의 압전 세라믹판(23)을 그 길이 방향에 있어서, 도 4(a)에서 좌측으로부터 제 1∼제 4 영역(A1∼A4)으로 4등분하였다고 가정하고, 본 실시예의 압전 트랜스포머는, 입력 전극 수단이 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3;A2＋A3으로 표시)에 설치되고, 또한 표면 전극(24a∼25b)대신에 내부 전극(33a∼34b)으로 구성되어, 입력 단자로서 측면 전극(28a∼29b)을 가지는 점, 및 출력 전극 수단이 직사각형판의 길이 방향 양단면에 단면 전극(32a 및 32b)으로 설치되는 점에서, 도 3의 압전 트랜스포머와는 기본적으로 다르다. 보다 상세하게는, 본 실시예에서는, 직사각형판(23)의 길이 방향 중앙부의 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3)의 각 내부에, 입력 전극으로서 두께 방향으로간격을 두고 복수의 내부 전극(33a,34a, 33b,34b)이 형성되어 있다. 이들 내부 전극은, 평면 전극으로, 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3) 각각의 안에서, 직사각형판(23)의 길이 방향 및 폭 방향으로 연이어 존재하지만, 각 영역내에 한정된다. 더욱이 폭 방향으로 대향된 측면에 측면 전극(28a,29a,28b,29b)이 형성되어 있다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제 2 영역(A2)에 있어서, 내부 전극(33a 및 34a)에는, 측면 전극(28a 및 29a)에 하나 간격으로의 내부 전극(33a) 및 다른 하나 간격으로의 내부 전극(34a)이 각각 접속되어 있다. 한편, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제 3 영역(A3)에 있어서, 내부 전극(33b 및 34b)은 측면 전극(29b 및 28b)에 하나 간격으로의 내부 전극(33b) 및 다른 하나 간격으로의 내부 전극(34b)이 각각 접속되어 있다.

이들 내부 전극 및 측면 전극은 직사각형판(23)을 1파장공진모드로 구동시키기 위한 입력 전압을 인가하는 입력 전극 수단으로서 이용된다.

분극 처리는, 도 3의 실시예와 동일한 방법으로 실시된다. 즉, 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3) 각 부분의 측면 전극(28a,28b)을 공통으로 접속하고, 도면 부호 29a와 29b를 공통으로 접속하며, 이들 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 상기 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3) 부분이 분극 처리된다. 분극 방향은 도 4(b) 및 (c)에 화살표로 나타낸 바와 같이, 두께 방향으로, 각 내부 전극의 양측에서 서로 반대 방향이다. 또한, 도 4(b)에 도시된 제 2 영역(A2)부분의 분극 방향과, 도 4(c)의 제 3 영역(A3) 부분의 분극 방향은, 서로 반대로 되어 있다.

또한, 제 2 영역(A2)의 측면 전극(28a,29a)을 공통으로 접속하고, 단면 전극(32a)과의 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 제 1 영역(A1)이 도4(a)에 굵은 화살표로 도시한 바와 같이 길이 방향 우측을 향해 분극되어 있다(물론, 좌측을 향해도 상관없다). 마찬가지로, 제 3 영역(A3)의 측면 전극(28b,29b)을 공통으로 접속하고, 단면 전극(32b)과의 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 제 4 영역(A4)이 도 4(a)에서 굵은 화살표로 나타낸 바와 같이, 길이 방향 우측을 향해 분극되어 있다(물론, 좌측을 향해도 상관없다).

제 2 영역 및 제 3 영역(A2 및 A3)의 한 쪽에 있는 2개의 측면 전극(28a,28b)을 공통으로 접속하고, 반대쪽의 다른 2개의 측면 전극(29a,29b)을 공통으로 접속하며, 이들 사이에 교류 전압을 인가한다. 그 주파수가 직사각형 판(23)의 길이(ℓ)와 동일한 파장의 주파수가 되면, 직사각형판(23)은, 도 3(b)에 도시된 것과 동일한 변위 및 왜곡을 이루며 진동한다. 이러한 진동에 의해, 단면 전극(32a,32b)간에, 승압된 교류의 출력 전압을 얻을 수 있다.

이하에서는, 도 5를 참조하여, 상기 압전 트랜스포머를 제조하는 방법에 대해, 구체적으로 설명한다.

우선, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 고 Qm의 PZT로 이루어지는 소정 형상의 압전 세라믹의 그린시트 상의 소정 위치에, 은-팔라듐 전극 페이스트로 내부 전극(26a,26b) 및 띠형상의 내부 전극(31)을 내부 전극 패턴으로서 인쇄하고, 동일 전극 패턴을 가지는 그린시트를 여러 장 준비한다. 다른 한편, 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 압전 세라믹의 그린시트 상에 내부 전극 (27a,27b) 및 띠형상의 내부전극(31)을 인쇄하고, 동일한 전극 패턴을 가지는 그린시트를 여러장 준비한다. 이어서, 이들 도 5(a) 및 (b)에 도시된 그린시트를 서로 번갈아 복수장 적층하고, 그 위에 전극 패턴이 없는 세라믹 그린시트를 적층하여 적층체로 한다. 또한, 상기 적층체를 열압착하고, 대기중에서 소결하여 소결체를 완성한다. 이어서, 은-팔라듐 페이스트를 이용하여, 소결체의 양측면과 양단면에, 측면 전극(28a∼29b)과 단면 전극(32a,32b)을 각각 형성한 후, 상기 방법으로 분극처리를 실시하여, 도 4의 압전 트랜스포머를 얻는다.

본 실시예에 따라, 압전 트랜스포머를 제조하였다. 소결 조건은, 1100℃에서 2시간동안 소결하는 것으로 하고, 분극 조건은 150℃의 실리콘 오일 내에서, 전계강도1kV/mm로 15분간 분극하는 것으로 설정하였다. 얻어진 압전 트랜스포머의 특성을 평가하기 위해, 직경이 2.2mm이고, 길이가 220mm인 냉음극관을 부하로 하고, 정현파 입력 전압을 인가하여 구동시켰다. 이 때의 승압 특성 및 안정점등시의 진동속도와 발열의 관계를 측정하였다. 그 측정결과를 표 2에 정리한다.

비교를 위해 종래구조의 로젠형 압전 트랜스포머를 동일한 크기, 적층수, 소결 및 분극 조건으로 제작하고, 동일한 평가테스트를 실시하여, 그 결과를 표 2에 정리하였다.

[표 2]

표 2를 참조하면, 종래의 압전 트랜스포머에서는, 진동 속도가 0.38m/s이고, 발열이 65℃로도 되어 있다. 그러나, 본 발명의 압전 트랜스포머에서는, 승압비가 45로서 약간 낮지만, 동일 출력(관전류)하에서의 진동 속도 및 발열량(△T)이 낮고, 효율이 보다 양호한 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 입력 전극으로서 내부 전극만을 이용한 적층형으로 하였으나, 또 직사각형판의 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3)의 표리면에 표면 전극을 설치하여도 좋다. 또한, 내부전극을 설치하지 않고, 표리면 상의 표면 전극만을 이용하여도 좋다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.

상기 도면을 참조하면, 본 실시예의 압전 트랜스포머는, 도 1에 관해 설명한 종래의 로젠형 압전 트랜스포머내의 단판형과 유사하다. 상이한 점은, 출력 전극이 도 3의 실시예와 동일한 띠형상의 전극(26 및 27)으로 구성되어 있다는 점, 그 출력 전극이 설치된 위치가 제 3 영역(A3) 및 제 4 영역(A4)의 경계라는 점이다.또한, 제 4 영역(A4)측의 단면에는 단면 전극이 출력용 접지(어스) 전극으로서 설치되어 있고, 제 3 및 제 4 영역(A3 및 A4)의 분극 방향이, 길이 방향으로 서로 반대 방향으로 되어 있다.

분극 처리 및 제조 방법은, 도 3의 실시예와 동일하고, 입력 전극의 수 및 전극의 형성 위치가 다를 뿐이라는 것은 명확하기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

이하, 동작을 설명한다.

입력 전극으로서의 표면 전극(24 및 25)중 한쪽 및 단면 전극(32)은 접지되어 있다. 도시를 생략하였으나, 도 3과 마찬가지로 입력 전극(24 및 25)에 접속된 입력 단자(도 3의 28,29)나 혹은 도 1과 마찬가지로 측면에 형성된 측면 전극(도1의 18)을 통해, 입력 전극(24 및 25)간에 입력 전압을 인가한다. 상기 입력 전압은, 직사각형판(23)의 길이(ℓ)가 1파장에 상당하는 주파수의 교류전압이다. 그 결과, 종래의 로젠형 압전 트랜스포머와 마찬가지로, 직사각형판은 압전 효과에 의해, 도 2(a) 및 (b)에 도시된 변위 분포 및 응력 분포를 가지고 진동한다. 이러한 진동의 결과, 압전 효과에 의해 출력 전극(26,27)에 출력 전압이 나타난다. 상기 출력 전압의 인출은, 출력 전극(26,27)중 적어도 한쪽의 전극과 접지된 쪽의 입력 전극(24혹은25) 간에서 행해진다. 또는, 출력 전극(26,27)중 적어도 한쪽의 전극과 단면 전극(32;접지되어 있다) 간에서 인출된다.

본 실시예에 따른 압전 트랜스포머 소자를 제조하였다. 분극 조건은, 140℃의 실리콘 오일내에서 전계강도 1kV/mm로 15분간 분극하였다. 얻어진 압전 트랜스포머의 특성을 평가하기 위해, 도 3의 실시예와 동일한 평가 테스트를 실시하였다. 그 결과를 표 3에 정리하였다.

비교를 위해 종래 구조의 단판(單板)형 로젠형 압전 트랜스포머를 동일한 크기 및 분극 조건으로 제작하고, 동일한 평가테스트를 실시하여, 그 결과를 동일한 표 3에 나타내었다.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 트랜스포머는, 종래의 로젠형 압전 트랜스포머와 비교하여 반정도의 체적이면서 승압비에 손색이 없다. 또한, 동일 출력(관전류)하에서의 진동 속도가 낮기 때문에 발열량이 적다. 따라서, 소형이며 고출력의 압전 트랜스포머로서 우수하다는 사실을 알 수 있다.

[표 3]

또한, 본 실시예에서는, 입력 전극을 표면 전극(24 및 25)만으로 한 단판형 구조에 대해 도시하고, 설명하였다. 그러나, 도 1의 종래예에서 보여주는 바와 같이, 입력 전극으로서 내부 전극과 표면 전극을 이용한 적층형으로 설정할 수도 있다. 또한, 표면 전극을 이용하지 않고, 내부 전극만으로 입력 전극을 구성한 적층형으로 설정하여도 좋다. 적층형으로 하면, 승압비를 높일 수 있다.

상기한 바와 같이, 도 6의 실시예의 압전 트랜스포머는, 사용할 때에 고압의 출력 전압을 얻기 위해 입력 전극의 한쪽과 단면 전극을 접지하여 이용하는데, 이는 입력 전극으로서 내면 전극을 이용한 적층 구조로 한 경우 역시 동일하다.

그런데, 입력 전극의 한쪽을 접지하는 대신에, 입력 전극 근방에 즉, 제 2 영역(A2)과 제 3 영역(A3)의 경계근방에 입력 전극에 인접하여 접지 전극을 설치하여도 좋다. 도 7은 이러한 구성을 가지는 실시예이다.

상기 실시예의 압전 트랜스포머에 있어서는 도 7(a),(b) 및 (e)를 참조하여, 입력 전극에는 도 1의 실시예에 도시된 입력 전극과 마찬가지로 내부 전극(33 및 34) 및 측면 전극(28 및 29)이 구비되어 있지만, 표면 전극(24,25)은 이용하지 않는다. 물론, 표면 전극을 채용하여도 무방하다.

도 7(a),(c) 및 (e)를 참조하여, 입력 전극의 근방에 설치된 접지 전극은, 상기 위치에서, 압전판 내부에서의 두께 방향으로 간격을 두고, 폭방향으로 연장된 띠형상을 한 복수의 내부 전극(35)과 그 측면 전극(36a 및 36b)으로 이루어진다. 물론, 직사각형판의 표면에, 띠형상의 내부 전극(35)과 일치된 위치에, 띠형상의 표면 전극을 설치하여도 좋고, 띠형상의 내부 전극을 사용하지 않고 표면 전극만으로 하여도 좋다.

출력 전극은, 도 7(a),(d) 및 (e)를 참조하여, 제 3 및 제 4 영역(A3 및 A4)의 경계부에 설치된 띠형상의 내부 전극(37) 및 그 양측의 측면 전극(30a 및 30b)으로 구성되어 있다. 이 또한 도 6에 도시된 띠형상의 표면전극(26 및 27)을 추가로 설치하여도 좋고, 또는 표면의 띠형상 전극만으로 하여도 좋다.

본 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 동작은, 도 6의 실시예와 동일하다. 단, 사용할 때에 입력 전극을 접지할 필요가 없는 대신 접지 전극(35)을 그 측면 전극(36a,36b)을 통해 접지한다는 것은 말할 필요도 없다.

도 8은 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다. 본 실시예는, 도 7의 실시예와 기본적인 구성면에서는 동일하지만, 제 1 및 제 2 영역(A1 및 A2)으로 이루어진 입력부(23a)와, 제 2 및 제 3 영역(A2 및 A3)으로 이루어진 출력부(23b)를 다른 직사각형판으로 형성하고, 그들을 서로 접착시킨 구성을 가지는 압전 트랜스포머이다.

입력부(23a)는, 입력 전극으로서 도 7의 실시예의 입력 전극과 동일한 복수의 내부 전극(33,34)과, 입력 단자로서의 측부 전극(28 및 29)이 구비된 적층형으로 구성되어 있다. 물론, 입력 전극은 표면 전극을 가져도 좋고, 또는 내면 전극을 이용하지 않고 표면 전극만으로 구성하여도 좋다.

출력부(23b)는, 프레스성형된 압착판으로 이루어지고, 그 길이방향의 양단면에 접지 전극으로서 단면 전극(32a 및 32b)을 가지며, 길이방향의 중앙부의 표리면에, 폭 방향으로 연이어 존재하는 띠형상의 표면 전극(26,27)을 가지고 있다. 출력부(23b)의 양측면에는, 이들 띠형상의 표면 전극(26,27) 양단과 접속된 측면 전극(30a,30b;30b만을 도시함)이 구비되어 있고, 전체적으로 끝이 없는 띠형상 전극을 구성하여, 출력 전극으로 한다.

입력부(23a) 및 출력부(23b)는, 그 단면끼리를 접착제로 접착시킴으로써, 한장의 직사각형 압전판으로 이루어진 압전 트랜스포머를 구성하고 있다. 또한, 입력부(23a) 및 출력부(23b)의 접착면 사이에 배치되게 되는 접지용 단면 전극(32a)을 외부로 도출시키기 위해, 상기 접지용 단면 전극(32a)과 접속된 측면 전극(36a,36b)을 출력부(23b)의 측면에 형성하고 있다. 그 결과, 단면 전극(32a)은 도 7의 접지 전극(35)에 상당한다.

이러한 압전 트랜스포머의 동작은, 도 7의 압전 트랜스포머의 동작과 기본적으로 동일하기 때문에 동작에 대한 설명은 여기서는 생략한다.

도 7에 도시된 적층형 압전 트랜스포머를, 도 5의 실시예의 경우와 마찬가지로, 그린시트에 각 전극을 인쇄하고, 적층하고, 소결한 후, 소결체의 바깥 표면(外表面)에 측면 전극 및 단면 전극을 형성하고, 표 4에 도시된 각종 조건으로 분극처리함으로써 제작하였다. 제작된 압전 트랜스포머의 크기는 42mmx6mmx2mm였다.

다른 한편, 동일한 크기(42mmx6mmx2mm)의 도 8의 압전 트랜스포머를 이하에 설명하는 방법으로 제작하였다.

21x6x2mm³의 크기를 가지는 입력부(23a)를 적층체로서 제작하였다. 즉, 고 Qm을 가지는 압전 세라믹으로 이루어진 그린 시트막을 제조하고, 그 위에 내부 전극 패턴을 인쇄한 것을 10층으로 적층한 후, 소정 크기로 절단하였다. 상기 적층체를, 탈 바인더한 후, 1100℃에서, 2시간동안 소결하였다. 얻어진 소결체의 외측면에 입력용 측면 전극(23)을 인쇄하여, 압전 트랜스포머의 입력부(23a)를 얻었다.

한편, 출력부(23b)로는 프레스성형품과, 열간 정수압프레스(Hot IsostaticPressed, HIP)품의 2종류를 제작하였다. 즉, 입력부(23)에 이용한 것과 동일한 조성의 압전 세라믹분말을 건식 프레스에 의해 성형품을 프레스하고, 얻어진 성형품을 1200℃에서 소결하여, 소결품을 얻었다. 이렇게 얻어진 소결품 중 몇 개를, 입력부(23a)의 크기와 동일한 21x6x2mm³의 크기로 가공한 후, 그 외표면에 접지용 단면 전극 및 끝이 없는 띠형상 출력 전극을 설치하여, 프레스품으로서의 출력부(23b)를 얻었다. 또한, 상기한 소결품의 나머지 것에 열간 정수압 프레스를 행하여, 자기특성을 개선한 HIP성형품을 얻었다. 이 HIP 성형품을 입력부(23a)의 크기와 동일한 21x6x2mm³으로 가공한 후, 그 외표면에 마찬가지로 접지용 단면 전극 및 끝이 없는 띠형상 출력전극을 설치함으로써, HIP품으로서의 출력부(23b)를 얻었다.

앞서 얻은 여러장의 적층형 입력부(23a)와, 출력부(23b)로서의 프레스품 및 HIP품을, 각각 접착제에 의해 접착하였다. 이렇게 얻어진 접착체를, 각각 표 4에 도시한 여러 조건으로 분극처리하여, 도 8에 도시된 압전 트랜스포머의 시료를 얻었다.

[표 4]

표 4에 있어서, 도 7의 실시예의 타입을 Ⅰ로 하고, 도 8의 실시예 중, 출력부(23b)에 프레스품을 이용한 타입을 Ⅱ로 하고, HIP품을 이용한 타입을 Ⅲ으로 나타내었다. 각 타입에 대해, 3종류의 분극조건을 적용시켰기 때문에, Ⅰ①에서 Ⅲ③까지 9종류의 시료가 얻어졌다.

표 4에 있어서, 입력측 분극 조건을 일정하게 유지하고, 출력측으로 인가되는 전계강도를 증가시키면, Ⅰ타입에서는 1.0kV/mm, 또한 Ⅱ타입에서는 1.5kV/mm의 전계강도로, 출력측의 띠형상 전극 근방에 크랙이 발생하였다. 한편, Ⅲ타입에서는, 3종류의 분극조건 중 어느 것에 대해서도 이상한 점이 발견되지 않았다. 즉 도 7의 실시예의 일체소결품에서는 출력측이 소결부족이므로, 불충분한 전계강도 밖에 인가할 수 없다. 즉, 도 7에 도시된 구조의 압전 트랜스포머에서는, 출력측 분극에 있어서 고압출력용 띠형상 전극 근방에 인장 응력이 집중되기 때문에, 분극조건의 선정에는 주의를 요한다. 이에 대해, 도 8의 실시예에 관계된 입력부를 적층품으로 하고, 출력부를 성형품으로 하여 별도로 형성하고, 접착한 것에서는, 출력부의 소결온도차에 의해 자기로서의 기계적 강도가 향상되기 때문에, 동일한 조성이면서 충분한 분극이 가능하다.

분극에 의해 얻어진 압전 트랜스포머의 시료중, 각 타입으로부터 하나씩 선정한 시료 Ⅰ①,Ⅱ② 및 Ⅲ③에 대해, 직경이 2.6mm이고, 길이가 220mm인 냉음극관을 부하로 하여, 압전 트랜스포머의 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 정현파 전압을 압전 트랜스포머의 입력에 인가하여, 진동자 특성, 승압 특성을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 5 및 표 6에 정리하였다.

[표 5]

시료의 진동자 특성

[표 6]

압전 트랜스포머 특성

표 5를 통해, 도 7의 실시예의 타입Ⅰ보다도, 도 8의 실시예의 타입Ⅱ, 또는 타입Ⅲ쪽이 출력측의 정전용량(Cd) 및 결합계수(k_eff)에 있어서 향상되어 있다는 것을 알 수 있다. 이는, 입력부와 출력부간에서 소결 조건을 변화시킴으로써, 압전판의 자기특성이 향상되고, 충분한 분극을 실시할 수 있게 된 결과, 진동자 정수에 현저한 차가 발생한 것으로 생각될 수 있다.

또한, 표 6은 5mA 안정 점등시의 입력 전압, 소자온도, 진동속도를 나타내는 것으로서, 도 8의 실시예에 따른 타입Ⅱ 및 Ⅲ는, 모두 도 7의 실시예의 타입Ⅰ보다도 낮게 되어 있다는 사실을 알 수 있다.

또한, 도 7의 실시예의 타입Ⅰ도, 도 1에 도시된 종래의 적층형의 로젠형 압전 트랜스포머에 비해, 진동속도 및 발열 온도에 있어서 개선된 것을, 표 2와 표 6의 비교를 통해 알 수 있다.

이상의 실시예에 있어서, 압전판으로서 PZT의 세라믹판을 예시하였으나, 압전을 가지는 것이라면 다른 재료라도 좋다. 가령, 압전진동특성이 우수한 것으로 알려져 있는 니오브산리튬단결정 등도 이용될 수 있다. 또한, 전극으로서는 은페이스트의 인쇄에 의한 박막을 예시하였으나, 다른 도전성 박막을 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이상, 몇 개의 실시예에 대해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위내에서 각종 실시형태가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래의 로젠형 압전 트랜스포머와 비교하여 1/2의 체적이면서, 동일 출력하에서 진동 속도가 낮고, 발열이 적은 효율이 높은 압전 트랜스포머가 얻어지고, 특히 액정 디스플레이의 백라이트점등용 전원에 이용되기에 적합한 압전 트랜스포머를 제공할 수 있게 된다.

Claims

직사각형 압전판의 길이 방향에서의 1파장공진모드의 진동을 이용한 압전 트랜스포머에 있어서,

제 1단에서 반대측 제 2단까지 연이어 존재하는 판 길이와, 판 폭과, 판 두께가 구비되고, 외판 길이를 따라 가상적으로 4등분된 제 1에서 제 4 영역이 상기 제 1단으로부터 제 2단까지 이 순서로 배열되어 있는 직사각형 압전판과;

상기 압전판의 제 1단 및 제 2단에 각각 인접한 상기 제 1 영역 및 제 4 영역의 각각에 설치된 적어도 2장의 평면 전극이 구비되고, 상기 판 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 교류 입력 전압을 받아들여 상기 압전판의 1파장공진을 구동시키기 위한 입력 전극 수단과;

상기 압전판의 상기 제 2 및 제 3 영역의 경계부에 있어서, 상기 폭방향으로 연이어 존재하도록 설치된 띠형상의 전극을 가지고, 상기 압전판의 1파장 공진으로부터 발생되는 교류 출력 전압을 출력하기 위한 출력 전극 수단을 가지며,

또한, 상기 제 1 영역 및 제 4 영역은 상기 판 두께 방향에서 서로 반대 방향으로 분극되어 있고, 상기 제 2 및 제 3 영역은 상기 판 길이 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
직사각형의 압전판의 길이방향에서의 1파장공진모드의 진동을 이용한 압전 트랜스포머에 있어서,

제 1단에서 반대측 제 2단까지 연이어 존재하는 판 길이와, 판 폭과, 판 두께가 구비되고, 외판 길이를 따라 가상적으로 4등분된 제 1에서 제 4 영역이 상기 제 1단으로부터 제 2단까지 이 순서로 배열되어 있는 직사각형 압전판과;

상기 압전판 중앙부의 상기 제 2 영역 및 제 3 영역의 각각에 설치된 적어도 2장의 평면 전극을 구비하고, 상기 판 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 교류 입력 전압을 받아 들여 상기 압전판의 1파장공진을 구동시키기 위한 입력 전극 수단과;

상기 압전판의 상기 제 1단 및 제 2단의 단면상에 설치된 평면 전극을 가지고, 상기 압전판의 1파장공진으로부터 발생하는 교류 출력 전압을 출력하기 위한 출력 전극 수단을 가지며,

또한, 상기 제 2 영역 및 제 3 영역은 상기 판 두께 방향에서 서로 반대방향으로 분극되어 있고, 상기 제 1 및 제 4 영역은 상기 판 길이 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
직사각형의 압전판의 길이방향에서의 1파장공진모드의 진동을 이용한 압전 트랜스포머에 있어서,

제 1단에서 반대측 제 2단까지 연이어 존재하는 판 길이와, 판 폭과, 판 두께가 구비되고, 외판 길이를 따라 가상적으로 4등분된 제 1에서 제 4 영역이 상기 제 1단으로부터 제 2단까지 이 순서로 배열되어 있는 직사각형 압전판과;

상기 압전판의 상기 제 1 영역 및 제 2 영역에 걸쳐 설치된 적어도 2장의 평면 전극을 구비하고, 상기 판 길이와 동일한 파장에 대응되는 주파수의 교류 입력 전압을 받아들여 상기 압전판의 1파장공진을 구동시키기 위한 입력 전극 수단과;

상기 압전판의 상기 제 3 및 제 4 영역의 경계부에 있어서 상기 폭 방향으로 연이어 존재하도록 설치된 띠형상의 전극과, 상기 제 2단의 단면상에 설치된 접지용 전극을 가지고, 상기 압전판의 1파장공진으로부터 발생하는 교류 출력 전압을 출력하기 위한 출력 전극 수단을 가지며,

또한, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역은 상기 판두께 방향으로 동일한 방향으로 분극되어 있고, 상기 제 3 및 제 4 영역은 상기 판 길이 방향으로 서로 반대 방향으로 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 3항에 있어서, 상기 압전판의 상기 제 2 영역과 제 3 영역의 경계부에, 추가로 접지용 전극이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 전극 수단을 구성하는 상기 2장의 평면 전극은, 상기 압전판의 표면(表面) 및 이면(裏面) 상에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 전극 수단을 구성하는 상기 평면 전극은, 상기 압전판내에 상기 판 두께 방향으로 서로 간격을 두고 형성된 적어도 3장의 내면 전극인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 6항에 있어서, 상기 입력 전극 수단은 상기 압전판의 표면 및 이면상에 각각 형성된 평면 전극을 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압전판은 상기 판 폭 방향에 있어서 서로 대향되는 측면을 가지며,

상기 입력 전극부는,

상기 평면 전극과,

상기 압전판의 상기 입력 전극 수단이 설치된 영역의 상기 대향측면에 상기 교류 입력 전압을 인가하기 위해 설치된 2개의 측면 전극을 가지며,

상기 2개의 측면 전극중 하나는 상기 평면 전극의 상기 판두께 방향으로 서로 인접한 각 2개 중 한쪽에 접속되어 있고, 다른 쪽의 측면 전극은 상기 평면 전극의 서로 인접한 각 2개 중 다른 쪽에 접속되어 있으며,

상기 입력 전극 수단이 설치된 영역의 각각은 상기 2개의 측면 전극에 미리 직류 전압을 인가함으로써, 상기 평면 전극의 서로 인접한 각 2개의 사이에서 분극되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 출력 전극 수단을 구성하는 상기 띠형상의 전극은, 상기 판 두께 방향으로 서로 간격을 둔 복수의 띠형상 전극과;

상기 압전판의 판 폭방향에 있어서 서로 대향된 측면상에 형성되고, 또한 상기 띠형상 전극의 양단에 각각 접속되며, 상기 교류 출력 전압을 발생시키기 위한 2개의 출력 측면 전극을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 9항에 있어서, 상기 띠형상 전극은 띠형상의 내부 전극으로서, 상기 압전판에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 9항에 있어서, 상기 띠형상의 전극중 2개는 상기 상면 및 하면상에 각각 설치되고, 나머지 띠형상 전극은 띠형상의 내부 전극으로서, 상기 압전판에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 4항에 있어서, 상기 추가된 접지용 전극은 상기 판두께 방향으로 서로 간격을 둔 복수의 띠형상의 접지용 전극과;

상기 압전판의 폭 방향에 있어서 서로 대향된 측면상에 형성되고, 또한 상기 띠형상의 접지용 전극 양단에 각각 접속되며, 상기 교류 출력 전압을 인출하기 위한 2개의 접지용 측면 전극을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 12항에 있어서, 상기 띠형상의 접지용 전극은 띠형상의 내부 전극으로서, 상기 압전판에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 12항에 있어서, 상기 띠형상의 접지용 전극중 2개는 상기 압전판의 표면및 이면상에 각각 설치되고, 나머지 띠형상의 접지용 전극은 띠형상의 내부 전극으로서, 상기 압전판에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 3항에 있어서, 상기 압전판의 상기 입력 전극 수단을 가지는 상기 제 1 및 제 2 영역의 부분과, 상기 압전판의 상기 출력 수단을 가지는 상기 제 3 및 제 4 영역의 부분은 각각 입력부 및 출력부로서, 별개의 부품으로 이루어지고, 상기 입력부와 출력부는 서로 접합되고, 또한 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 15항에 있어서, 상기 입력부는, 상기 평면 전극과 압전체층이 서로 번갈아 적층되어 있는 소결된 적층체이며, 상기 출력부는, 압전체의 성형소결체 표면에 상기 출력 전극 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 16항에 있어서, 상기 성형 소결체는, 열간 정수압 프레스한 것임을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력부의 상기 입력부와의 접합면 간에, 추가로 접지용 전극이 끼어 있는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.