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KR19990023691A - 압전 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 공급 장치 - Google Patents

압전 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 공급 장치 Download PDF

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KR19990023691A
KR19990023691A KR1019980033572A KR19980033572A KR19990023691A KR 19990023691 A KR19990023691 A KR 19990023691A KR 1019980033572 A KR1019980033572 A KR 1019980033572A KR 19980033572 A KR19980033572 A KR 19980033572A KR 19990023691 A KR19990023691 A KR 19990023691A
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KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric transformer
transformer
piezoelectric
printed circuit
circuit board
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1019980033572A
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English (en)
Inventor
가쯔노리 구마사카
히로유키 사토
Original Assignee
가부시키가이샤 토킨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP9222740A external-priority patent/JPH1168186A/ja
Priority claimed from JP9285618A external-priority patent/JPH11121827A/ja
Priority claimed from JP9285612A external-priority patent/JPH11121825A/ja
Priority claimed from JP28561697A external-priority patent/JP3385551B2/ja
Application filed by 가부시키가이샤 토킨 filed Critical 가부시키가이샤 토킨
Publication of KR19990023691A publication Critical patent/KR19990023691A/ko
Ceased legal-status Critical Current

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Abstract

본 발명은 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것으로, 상기 압전 트랜스포머는 압전 트랜스포머와 함께 전원 공급 장치를 형성하는 회로 소자를 가진 인쇄회로기판의 한정된 보드 영역에 장착되고 전기적으로 연결된다. 트랜스포머는 트랜스포머와 인쇄회로기판을 연결하는 FPC를 가지며 랩핑 시트에 의하여 상기 보드 영역과 함께 결합된다. 실시예에서, 보드 영역은 랩핑 시트가 랩핑되는 슬릿에 의하여 한정된다. 다른 실시예에서, FPC는 트랜스포머의 전극과 연결하기 위하여 형성된 러그를 가진다. 다른 실시예에서, 하드 플레이트는 인쇄회로기판 위에 FPC와 트랜스포머를 지지하고 커버링한다. 다른 실시예에서, FPC는 커버 케이스에 형성되며 인쇄회로기판에 고정될 때 트랜스포머를 커버링하고 유지한다.

Description

압전 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 공급 장치
본 발명은 압전 트랜스포머 및 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.
종래에 공지된 바와 같이, 압전 트랜스포머는 압전 트랜스포머 진동자를 이용한다. 압전 진동자는 압전 세라믹 플레이트 위에 및/또는 내부에 형성된 적어도 한쌍의 드라이브 전극을 가진다. AC 전압이 상기 드라이브 전극 쌍에 인가될 때, 플레이트는 단파장 공진 모드와 같은 공진 모드에 따라 압전 효과 때문에 진동한다. 플레이트가 진동할 때, 전위의 변동이 플레이트의 소정 위치에 발생된다. 가변 전위는 상기 위치 상에 형성된 출력 전극으로부터 얻어질 수 있다. 한쌍의 출력 전극은 플레이트상의 다른 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 일차 전극인 드라이브 전극에 인가된 AC 전압은 변압되며 이차 전극인 출력 전극에서 얻어진다.
압전 트랜스포머는 회로는 예를 들어, 액정 디스플레이장치의 후광을 위한 발광 회로, 복사기의 토너를 위한 충전 회로 등과 같은 회로내의 전원 공급 장치에 이용된다. 사용할 때, 압전 트랜스포머는 전원 공급 장치를 위한 다른 회로 소자를 가진 인쇄회로기판 상에 장착되고 연결된다.
압전 트랜스포머에 있어서 압전 플레이트가 진동하는 것이 중요하기 때문에, 진동을 억제하지 않고 압전 트랜스포머를 지지하는 것이 큰 문제다. 진동 파형은 진동 노드와 안티노드를 가진다. 따라서, 압전 트랜스포머는 진동 노드에 대응하는 위치에 지지된다.
한편, 입력 전압을 일차 전극에 인가하고 이차 전극으로부터 변압된 전압을 끌어내도록 인쇄회로기판에 트랜스포머를 연결하기 위하여 도선이 요구된다. 일반적으로, 도선은 일차 전극과 이차 전극에 연결된다. 그러나, 도선 접속 포인트는 진동 안티노드에 대응하는 위치에 항상 있는 것은 아니다. 도선은 장력 없이 자유로워서 압전 플레이트의 진동을 방해한다. 도선은 전원 공급 장치와 같은 전기 회로, 특히 작은 크기의 장치에서 조립, 관리 등의 처리에 있어서 문제를 발생시킨다.
또한, 일차 및 이차 전극은 압전 플레이트의 다른 표면 위에 형성된다. 따라서, 인쇄회로기판 위에 트랜스포머를 장착하고 결선하는 것은 매우 복잡하다. 따라서 인쇄회로기판 상에 트랜스포머를 장착하는데는 많은 공간이 요구되며 또한 고비용이 요구되고 또한 회로 장치의 사이즈가 커진다.
또한, 압전 트랜스포머는 고전압을 발생하기 때문에 전원 공급 장치는 안전이 보장되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 외부 회로와 간단한 구조로 접속할 수 있고 사이즈가 작은 압전 트랜스포머를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 형성된 고전압으로부터 안전한 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 공지된 일례의 압전 트랜스포머에 대한 사시도이다.
도 2는 공지된 또다른 압전 트랜스포머에 대한 사시도이다.
도 3은 공지된 또다른 압전 트랜스포머에 대한 사시도이다.
도 4는 압전 플레이트의 진동을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 5와 6의 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치의 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 전원 공급 장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 11은 도 9와 10의 FPC에서 러그의 실시예이다.
도 12는 도 9와 10의 FPC에서 러그의 다른 실시예이다.
도 13은 도 9-12에 도시된 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 17은 도 14-16에 도시된 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치의 확대된 사시도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 트랜스포머의 확대도이다.
도 20은 도 18 및 19에 도시된 압전 트랜스포머를 포함하는 전원 공급 장치의 확대된 사시도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 트랜스포머 엘리먼트 11: 사각 플레이트
12 : 입력 단자 전극 13: 이차 전극
15 : 접속 패드 16 : 도체 스트립
17 : 가요성 플라스틱 시트 18 : 접속 도선 구조체
20 : 인쇄회로기판 21 : 슬릿
23 : 절단부 30 : 랩핑 시트
본 발명은 압전 플레이트의 한쪽 면에 접속 도선 구조체가 장착된 소형 압전 트랜스포머를 제공한다. 접속 도선 구조체는 간단한 작동으로 외부 회로와 트랜스포머를 접속한다.
본 발명에 따르면, 트랜스포머 엘리먼트 및 상기 트랜스포머 엘리먼트와 외부 회로를 연결하기 위하여 트랜스포머 엘리먼트에 결합된 접속 도선 구조체를 포함하는 압전 트랜스포머가 제공된다. 트랜스포머 엘리먼트는:
압전 세라믹으로 만들어지며 제1표면과 측면을 가진 사각 플레이트;
압전 효과에 의하여 상기 사각 플레이트의 진동을 구동하도록 일차 전압인 구동 전압을 수신하기 위하여 상기 사각 플레이트에 제공되는 적어도 한쌍의 일차 전극;
상기 사각 플레이트 위에 형성되며, 제 1표면상에 부분적으로 노출되고 상기 전극 쌍에 각각 연결된 입력 단자 전극; 및
전위가 압전 효과 때문에 상기 사각 플레이트의 진동에 의하여 발생되는 상기 사각 플레이트의 영역에 형성되며, 각각 상기 사각 플레이트의 제 1표면 위에 노출되도록 연장되는 출력 단자 전극부를 가진 적어도 하나의 제 2전극을 포함한다.
상기 접속 도선 구조체는:
절연 재료로된 가요성 평판 시트; 및
상기 평판 시트 내에 형성되며 평판 시트외부로 부분적으로 노출된 접속부를 가지는 다수의 전도체 스트립을 포함하며, 트랜스포머 엘리먼트가 상기 평판 시트 위에 형성되고 사각 플레이트의 제 1표면이 상기 평판 시트와 겹치는 상태로 상기 접속부의 대응하는 부분에 입력 및 출력 단자 전극이 전기적 기계적으로 연결된다.
본 발명에 따르면, 전원 공급 장치는 인쇄회로기판 위에 압전 트랜스포머를 장착함으로써 제공되는데, 상기 인쇄회로기판은 압전 트랜스포머와 함께 전원 공급 장치를 형성하는 회로 소자를 가진다. 인쇄회로기판은 압전 트랜스포머가 장착되는 보드 영역을 한정하는 슬릿을 가진다. 랩핑 시트는 전원 공급 장치를 형성하기 위하여 상기 슬릿을 통하여 트랜스포머 엘리먼트, 접속 도선 구조체 및 인쇄회로기판의 보드 영역을 감싼다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본원 발명을 설명한다.
바람직한 실시예를 설명하기 전에, 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 도 1내지 4를 참조로 종래기술이 설명된다.
도 1에서, 공지된 압전 트랜스포머가 도시되며, 상기 공지된 압전 트랜스포머는 압전 세라믹 재료로된 사각 플레이트(11), 한쌍의 일차 전극(12a, 12b) 및 상기 사각 플레이트(11)의 단부 표면 위에 형성된 제 2전극(13)을 포함한다.
상기 압전 트랜스포머에 사용되는 압전 세라믹 재료로서, Pb(FeNb)ZrTiO3타입, Pb(MnSb)ZrTiO3타입, Pb(MnNb)ZrTiO3타입, Pb(FeNb)ZrTiO3타입, Pb(FeSb)ZrTiO3타입과 같은 타입의 세라믹이 공지되어 있다.
일차 전극(12a, 12b)은 사각 플레이트(11)의 우측 절반부분(도면에서 보았을 때)의 대향 표면 위에 형성된다. 사각 플레이트(11)의 절반 부분은 화살표로 도시된 두께방향으로 분극된다.
일차 전극(12a, 12b)을 가진 압전 세라믹 사각 플레이트(11)는 압전 진동 엘리먼트로서 공지되어 있다. 구체적으로, AC 전압이 일차 전극(12a, 12b)쌍 사이에 인가될 때, 사각 플레이트(11)는 도 4에 도시된 바와 같이 플레이트(11)의 길이(L)와 동일한 파장으로 진동한다. 도 4에서는 두 개의 파형(A, B)이 플레이트의 변위 분배 및 변형 분배로서 각각 도시된다. 진동 노드 및 안티노드는 L/4의 간격으로 교번하여 나타난다. 일차 전극(12a, 12b)은 진동 엘리먼트에서 드라이브 전극이라고 한다.
도 1로 돌아가서, 플레이트(11)의 다른 절반 부분은 다른 화살표로 도시된 길이 방향으로 분극된다. 압전 세라믹 플레이트(11)가 진동할 때, AC전압은 이차 전극(13)으로부터 발생된다. 따라서, AC전압이 일차 전극(12a, 12b)에 인가될 때, 이차 출력 전압은 이차 전극으로부터 얻는다. 일차 전극(12a, 12b)중 하나, 예를 들어, 전극(12b)이 이차측에 공통으로 이용된다. 즉, 이차 출력은 일차 전극(12b) 및 이차 전극(13)사이에서 얻어진다.
일차 전압을 일차 전극(12a, 12b)에 인가하기 위하여, 입력 도선(53a, 52b)이 납땜에 의하여 각각 진동 안티노드에서 일차 전극(12a, 12b)과 연결된다. 한편, 출력 도선(53) 역시 납땜에 의하여 이차 전극(13)에 연결된다.
또한 도 2와 3에 도시된 바와 같이 일차 전극(12a, 12b)과 이차 전극(13)에 각각 입력 도선과 출력 도선을 연결하기 위한 다른 구조체가 공지되어 있다.
도 2에서, 탄성 도체 리본(54a, 54b, 55)이 도선 대신에 이용되며 납땜 또는 압력 용법에 의하여 일차 전극(12a, 12b) 및 이차 전극(13)에 연결된다.
도 3에서, 가요성 플랫 케이블(61)이 도선 및 탄성 도전체 리본 대신에 이용된다. 가요성 플랫 케이블(61)은 가요성 플라스틱 시트(63)위에 부착 또는 형성된 도체 스트립(61a, 61b)을 포함한다. 도체 스트립(61a, 61b)의 단부는 가요성 플라스틱 시트(61)로부터 돌출하며 납땜 또는 압력 용접에 의하여 일차 전극(12a, 12b) 및 이차 전극(13)에 연결된다.
압전 트랜스포머는 특히 두께가 작게 형성된다. 따라서, 작은 사이즈로 집적되는 전자 회로 장치에 유용하다. 그러나, 공지된 구조체는 도선과 전극의 접속이 복잡하고 전술한 단점을 가진다.
이제 도 5내지 20에 도시된 실시예를 참조로 본 발명을 설명한다.
도 5 및 6에서, 트랜스포머 엘리먼트(10)와 접속 도선 구조체(18)를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 압전 트랜스포머가 도시된다. 트랜스포머 엘리먼트(10)는 도 1에 도시된 것과 유사하지만 몇 가지 다른 구조를 가진다. 유사한 부분은 도 1과 동일한 부호로 표시된다. 다른 부분과 관련하여, 다수의 일차 전극(12a, 12b) 쌍이 도 6에 도시된 바와 같이 압전 세라믹 플레이트(11)의 절반부에 형성된다. 한쌍의 입력 단자 전극(12c, 12d)은 플레이트(11)의 절반부의 양쪽표면위에 형성된다. 입력 단자 전극중 하나(12c)는 쌍으로된 일차 전극의 한 전극(12a)에 연결되며, 입력 단자 전극중 다른 하나(12d)는 일차 전극 쌍의 다른 하나(12b)에 연결된다. 또한, 추가 이차 전극(13b)은 플레이트(11)의 단부면 위에 형성된 이차 전극(13a)에 더하여 플레이트(11)의 중간 부분의 표면 위에 형성된다. 이는 일차 전극중 하나가 이차측에 대하여 공통으로 사용되지 않고도 출력 전압이 이차 전극(13a, 13b)사이에서 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 이차 전극(13a, 13b)은 출력 단자 전극(13c, 13d)으로서 작은 사이즈의 전극을 형성하기 위하여 플레이트의 측면쪽으로 연장한다.
트랜스포머 엘리먼트(10)에는 접속 도선 구조체(18)가 제공되는데, 상기 접속 도선 구조체(18)는 예를 들어 폴리이미드 수지 또는 폴리에스터 수지로된 가요성 플라스틱 시트(17)로 절연 또는 커버링되는 다수의 도체 스트립(16a-16d)을 포함한다. 도체 스트립(16a-16d)은 플라스틱 시트로부터 노출된 접속 패드(15a-15d)를 가지며, 이는 트랜스포머가 접속 도선 구조체(18)위에 배치될 때 납땜에 의하여 입력 단자 전극(12c, 12d, 13c, 13d)을 각각 기계적 전기적으로 연결하기 위한 것이다. 접속 도선 구조체(18)는 소위 가요성 인쇄 회로(Flexible Printed Circuit: FPC) 또는 가요성 플랫 케이블(FFC)과 유사한 구조로 형성될 수 있다.
접속 도선 구조체(18)에는 또한 외부 회로와 쉽게 연결될 수 있는 도체 스트립(16a-16d)으로된 단자 패드(도면에서 구조체(18)의 우측 및 좌측 단부에서 흑색 원으로 도시됨)가 제공된다.
접속 도선 구조체를 트랜스포머 엘리먼트에 이용할 때, 인쇄회로기판에 장착하고 인쇄회로기판 또는 다른 회로에 접속하는 동작은 도선 처리 문제없이 쉽게 수행된다.
도 7에 도시된 전원 공급 장치는 도 5와 6에 도시된 압전 트랜스포머를 이용한다. 접속 도선 구조체(18) 또는 FPC(17)와 함께 압전 트랜스포머는 인쇄회로기판(20)에 장착되고 랩핑 시트(30)에 의하여 감싸인다. 구체적으로, 인쇄회로기판(20)은 에지로부터 안쪽으로 연장하는 슬릿(21)을 가지며, 따라서 압전 트랜스포머가 장착되는 보드 영역과 다른 회로 소자(22)가 장착되는 다른 보드 영역을 분리시키도록 한다.
랩핑 시트(30)는 트랜스포머 엘리먼트(10), FPC(17) 및 인쇄회로기판(20)의 트랜스포머 장착 영역을 함께 감싸며, 랩핑 상태로 접착 테이프(21)에 의하여 고정된다. 랩핑 시트(30)로서 열 수축 튜브를 사용하는 것이 가능하다.
도 8에서, 두 개의 랩핑 밴드(31, 31)가 도 7의 랩핑 시트(30) 대신 이용되어 압전 플레이트(11)의 진동 노드 근처의 위치에서 압전 트랜스포머 엘리먼트(10), FPC(17), 및 인쇄회로기판(20)의 트랜스포머 장착 영역을 커버하고 그랩핑하도록 한다. 인쇄회로기판(20)에는 바람직하게 도면에서 도시된 바와 같이 랩핑 밴드(31)를 수용하기 위하여 슬릿(21)의 에지 및 인쇄회로기판(20)의 대향 단부 또는 병렬 단부에 형성된 절단부(23)(도면에는 4개의 절단부가 도시됨)가 제공된다. 띠라서, 압전 트랜스포머는 트랜스포머 장착 영역에 정확하게 배치되고 랩핑 밴드(31) 역시 플레이트(11)의 진동 노드에 대응하는 위치에 배치된다.
실시예 1
실시예에서, 트랜스포머 엘리먼트(10)는 PZT 압전 세라믹으로된 10개의 4각 그린 시트, 상기 그린 시트 상에 Ad/Pd로된 인쇄된 일차 전극 패턴을 형성하고, 일차 전극(12a, 12b)이 40mm×6mm×1.5mm를 가진 하드 사각 세라믹 플레이트(11)를 형성하도록 그린 시트를 적층하고 소결함으로써 형성된다. 다음에, 입력 단자 전극(12c, 12d), 이차 전극(13a, 13b) 및 출력 단자 전극(13c, 13d)은 Ag 페이스트를 발화시킴으로써 플레이트(11)위에 형성된다. 따라서, 압전 트랜스포머 엘리먼트의 샘플이 준비된다. 다음에, 도 7과 8에 각각 도시된 바와 같이 전원 공급 장치를 형성하도록 트랜스포머 엘리먼트 샘플은 접속 도선 구조체(18)에 연결되고 인쇄회로기판에 장착된다. 비교를 위하여, 트랜스포머 엘리먼트 샘플 역시 도 1에 도시된 도선에 의하여 인쇄회로기판에 장착되고 연결된다. 따라서 비교용 전원 공급 장치가 준비된다.
도 7과 8의 전원 공급 장치 및 비교용 전원 공급 장치는 각각 200mm의 길이 및 2mm의 직경을 가진 냉음극선 튜브를 구동함으로써 테스트된다. 테스트에서, 출력 전압과 전류 및 온도가 측정된다. 측정 데이터는 표 1에 표시된다.
도선 도 7 도 8
Qm - 720 730
출력 전압(V) 1410 1435 1440
출력 전류(mA) 6 6 6.3
온 도(℃) 33 31 30
표 1에서 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치는 도선 타입의 공지된 트랜스포머를 가지는 전원 공급 장치와 유사한 특성을 가진다.
또한, 에이징 테스트로부터 도 7과 8의 전원 공급 장치는 1000시간 또는 그 이상의 사용 후에 그 성능이 감소하지 않음을 알 수 있었다.
도 9에서, 접속 도선 구조체(18)를 가진 다른 압전 트랜스포머가 도시된다. 트랜스포머 엘리먼트(10)는 이차 전극(13a)이 사각 플레이트(11)의 한쪽 단부면상에만 형성된다는 것이 도 5와 6의 트랜스포머 엘리먼트(10)와 다르다. 접속 도선 구조체(18) 역시 도 5와 6의 것과 다르다. 가요성 플라스틱 시트 또는 FPC(17)는 사다리형으로 형성될 다수의 큰 홀(17')을 가지며 입력 단자 전극(12c, 12d)과 이차 전극(13a)에 대응하는 위치에 형성된 3개의 러그(17a, 17b, 17c)를 가진다. 스트립형 도체(16a, 16b, 16c)는 시트(17)를 통하여 러그(17a, 17b, 17c)로부터 외부 회로에 연결될 단자로 연장한다. 이들 스트립형 도체(16a, 16b, 16c)는 러그(17a, 17b, 17c)에서 시트의 외부로 부분적으로 노출되어, 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)에 FPC(17)가 조립될 때 입력 단자 전극(12c, 12d) 및 이차 전극(13a)과 접촉하도록 된다. 러그(17a, 17b, 17c)에서의 도체는 납땜에 의하여 각각 전극(12c, 12d, 13a)에 조립되고 전기적으로 연결된다.
도 10에서, 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)가 도 5와 6에서 처럼 추가의 이차 전극(13b) 및 출력 단자 전극(13d, 13e)을 가지는 압전 트랜스포머의 변형을 도시한다. 그 결과, FPC(17)는 각각 출력 단자 전극(13d, 13e)과 접촉될 추가 러그(17d, 17e)를 가진다.
도 9와 10의 각각의 러그(17a-17e)는 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)의 진동에 악영향을 주지 않고 트랜스포머 엘리먼트(10)를 탄성적으로 확실히 지지하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 도 11에서, 러그는 일회 랩핑된 러그(17f) 형상을 가지는 것으로 도시된다. 한편, 러그는 도 12의 17g로 도시된 지그재그 러그 형상을 가질 수 있다.
도 9와 10의 각각의 트랜스포머 엘리먼트(10)는 대응하는 FPC(17)와 함께 인쇄회로기판(20)에 장착되고 도 7 또는 도 8과 같은 전원 공급 장치를 형성하도록 랩핑 시트(30)에 의하여 고정된다.
실시예 2
실시예 1과 유사하게, 도 9와 10에서의 트랜스포머 엘리먼트(10)의 샘플이 준비된다. 트랜스포머 엘리먼트 샘플은 각각 인쇄회로기판(20)상에 도 9와 10의 대응 FPC(17)와 함께 장착되어 전원 공급 장치를 형성하도록 한다. 다음에, 실시예 1과 유사한 테스트가 상기 전원 공급 장치에 대하여 수행된다. 측정된 데이터는 종래의 도선을 가진 전원 공급 장치의 데이터와 함께 표 2에 표시된다.
도선 도 9 도 10
Qm - 730 732
출력 전압(V) 1410 1510 1515
출력 전류(mA) 6 6.3 6.3
온 도(℃) 33 31 31
표 2에서 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치는 도선 타입의 공지된 트랜스포머를 가지는 전원 공급 장치와 유사한 특성을 가진다.
또한, 에이징 테스트로부터 도 9와 10의 전원 공급 장치는 1000시간 또는 그 이상의 사용 후에 그 성능이 감소하지 않음을 알 수 있었다.
도 14에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스포머는 도 9의 트랜스포머와 유사하지만, 접속 도선 구조체(18)에는 FPC(17)의 지지부인 하드 절연 플레이트(19) 및 인쇄회로기판(도시안됨)과 FPC(17)를 접속하는 리본형 도선(16')이 제공된다는 것이 다르다. 하드 절연 플레이트는 예를 들어 일반적으로 인쇄회로기판으로 사용되는 글라스-엑폭시 수지로 만들어질 수 있다.
하드 절연 플레이트(19)는 사각이며 큰 중심 홀을 가지고 형성된다. 하드 절연 플레이트(19)는 양쪽 에지에 다수(4)의 절단부(19a-19d)를 가지고 형성된다.
또한 FPC(17)는 사각이며 큰 중심 홀을 가진다. FPC(17)는 도면에 도시된 바와 같이 전극(12c, 12d, 13a)과 대응하는 3개의 노출된 도체 부분 또는 단자(15a-15c) 및 FPC를 통하여 단자(15a-15c)로부터 FPC(17)의 양쪽 단부로 연장하는 스트립형 도체(16a, 16b, 16c)를 가진다. FPC(17)는 스트립형 도체에 연결되고 양쪽 단부로부터 바깥쪽으로 돌출하는 리본형 도선(16')을 가진다.
FPC(17)는 실리콘 수지와 같은 것으로 만들어진 접착제에 의하여 하드 절연 플레이트(19)에 결합된다.
압전 트랜스포머 엘리먼트(10)는 접속 도선 구조체(18)위에 형성되며 전극(12c, 12d, 13a)은 단자(15a-15c)에 각각 연결된다.
도 15에서, 도 14의 변형예가 도시된다. 트랜스포머 엘리먼트(10)에는 추가 이차 전극(13b) 및 이에 연결된 출력 전극(13d, 13e)이 제공된다. 따라서, 접속 도선 구조체(18)에는 추가로 출력 전극(13d, 13e)에 대응하는 단자(15d, 15e) 및 FPC(17)의 양쪽 단부에서 단자(15d, 15e)로부터 리본형 도선(16')으로 연장하는 스트립형 도체(16c, 16d)가 제공된다.
도 16에서, 도 15의 변형예가 도시된다. 변형예에서, 인쇄회로기판과 FPC(17)을 연결하기 위하여 핀이 도선(16')으로서 리본 대신 이용된다.
도 14, 15, 16의 각각의 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)는 절단부(19a-19d)를 통하여 랩핑된 랩핑 밴드(31)에 의하여 도 14, 15 및 16의 해당하는 접속 도선 구조체(18)에 고정되고, 다음에 도 17에 도시된 바와 같이 전원 공급 장치를 형성하도록 인쇄회로기판(20)위에 장착된다. 리본 또는 핀(16')은 인쇄회로기판(20)에 납땜된다.
실시예 3
실시예 1에서 기술된 것과 유사한 방식으로 도 14-16에 도시된 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)가 준비되고 도 17에 도시된 타입의 전원 공급 장치로 만들어진다.
전원 공급 장치는 실시예 1과 유사한 방식으로 테스트된다. 테스트 데이터는 표 3에 도시된다.
도 14 도 15 도 16
Qm 730 727 732
출력 전압(V) 1480 1475 1483
출력 전류(mA) 6.4 6.3 6.3
온 도(℃) 31 32 31
표 3에서, 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치는 표 1과 2에 나타난 도선 타입의 공지된 트랜스포머를 가진 전원 공급 장치와 유사한 특성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 에이징 테스트로부터, 도 14, 15, 및 16의 압전 트랜스포머를 이용하는 전원 공급 장치는 1000시간 이상 사용한 후에 그 성능이 감소하지 않음을 알 수 있다.
도 18에서, 도 14와 비교하여 접속 도선 구조체(18)중 하나가 다른 압전 트랜스포머가 도시된다.
접속 도선 구조체(18)는 가요성 절연 시트(17)로 만들어진 커버 케이스에 형성되며 스트립형 도체(16), 도선 부분(16') 및 단자(15a-15c)인 플랫 스프링 부재를 가진다. 스프링 부재 또는 단자(15a-15c)는 인청동과 같은 탄성 금속 플레이트로 만들어진다. 스트립형 도체(16)를 가진 가요성 절연 시트(17)는 FPC일 수 있으며 삽입 몰딩에 의하여 스프링 단자(15a-15c) 및 도선 부분(16')과 함께 커버 케이스에 형성될 수 있다. 따라서, 접속 도선 구조체(18)는 본 실시예에서는 커버 케이스라고 불리기도 한다.
압전 트랜스포머 엘리먼트(10)는 커버 케이스(18)에 삽입되고 진동 노드에서 실리콘 수지와 같은 접착제에 의하여 커버 케이스(18)에 부착된다. 전극(12c, 12d, 13a)은 각각 스프링 단자(15a-15c)에 납땜된다.
도 19에서, 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)가 추가 출력 전극(13d, 13e) 및 커버 케이스(18)를 가진 도 18의 변형예가 도시되며, 커버 케이스(18)에는 이에 상응하는 추가 스프링 부재(15e, 15d)가 제공된다. 커버 케이스(18)에는 또한 상기 추가 스프링 부재(15e, 15d)와 추가 도선 부분(16')을 접속하는 추가 스트립형 도체(16)가 제공된다.
도 20에 따르면, 도 18 및 19의 대응하는 커버 케이스(18)에 포함된 각각 압전 트랜스포머(10)가 인쇄회로기판(20)위에 형성되고 스프링 단자(15a-15e) 및 도선 부분(16')은 전원 공급 장치를 형성하도록 인쇄회로기판(20)사의 대응 도체 패턴(27, 25)에 납땜된다. 커버 케이스(18)는 접착제에 의하여 인쇄회로기판(20)에 부착된다. 따라서, 압전 트랜스포머는 랩핑 시트를 사용하지 않고 장착될 수 있지만 커버 케이스(18)에 의하여 커버된다.
실시예 4
실시예 1에서 기술된 것과 유사한 방식으로 도 18-19에 도시된 압전 트랜스포머 엘리먼트(10)가 준비되고 도 20에 도시된 타입의 전원 공급 장치로 만들어진다.
전원 공급 장치는 실시예 1과 유사한 방식으로 테스트된다. 테스트 데이터는 표 4에 도시된다.
도 18 도 19
Qm 750 745
출력 전압(V) 1450 1445
출력 전류(mA) 6.3 6.2
온 도(℃) 30 31
표 4에서, 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치는 표 1과 2에 나타난 도선 타입의 공지된 트랜스포머를 가진 전원 공급 장치와 유사한 특성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 에이징 테스트로부터, 도 18 및 19의 압전 트랜스포머를 이용하는 전원 공급 장치는 1000시간 이상 사용한 후에 그 성능이 감소하지 않음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전원 공급 장치에서는 압전 트랜스포머의 고전압으로부터 안전이 보장된다. 또한, 본 발명에서는 외부 회로와 간단한 구조로 접속할 수 있고 사이즈가 작은 압전 트랜스포머를 제공하는 효과를 가진다.

Claims (16)

  1. 트랜스포머 엘리먼트 및 상기 트랜스포머 엘리먼트와 외부 회로를 연결하기 위하여 트랜스포머 엘리먼트에 결합된 접속 도선 구조체를 포함하는 압전 트랜스포머에 있어서,
    상기 트랜스포머 엘리먼트는:
    압전 세라믹으로 만들어지며 제1표면과 측면을 가진 사각 플레이트;
    압전 효과에 의하여 상기 사각 플레이트의 진동을 구동하도록 일차 전압인 구동 전압을 수신하기 위하여 상기 사각 플레이트에 제공되는 적어도 한쌍의 일차 전극;
    상기 사각 플레이트 위에 형성되며, 제 1표면상에 부분적으로 노출되고 상기 전극 쌍에 각각 연결된 입력 단자 전극; 및
    전위가 압전 효과 때문에 상기 사각 플레이트의 진동에 의하여 발생되는 상기 사각 플레이트의 영역에 형성되며, 각각 상기 사각 플레이트의 제 1표면 위에 노출되도록 연장되는 출력 단자 전극부를 가진 적어도 하나의 제 2전극을 포함하며,
    상기 접속 도선 구조체는:
    절연 재료로된 가요성 평판 시트; 및
    상기 평판 시트 내에 형성되며 평판 시트외부로 부분적으로 노출된 접속부를 가지는 다수의 전도체 스트립을 포함하며, 상기 입력 단자 전극 및 출력 단자 전극은 트랜스포머 엘리먼트가 상기 평판 시트 위에 형성되고 사각 플레이트의 제 1표면이 상기 평판 시트와 겹치는 상태로 상기 접속부의 대응하는 부분에 전기적 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플랫 시트는 사다리 형상을 가지며, 입력 전극과 이차 및/또는 출력 전극에 대응하는 위치에서 상기 사다리 형상으로부터 형성되는 다수의 러그를 가지며, 상기 도체 스트립은 상기 러그를 통하여 연장하며 상기 러그 외부로 부분적으로 노출되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 러그는 일회 랩핑된 상단부를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 러그는 지그재그형으로 형성된 상단부를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머는 상기 압전 트랜스포머와 함께 전원 공급 장치를 형성하는 회로 소자를 가진 인쇄회로기판 위에 장착되며, 상기 인쇄회로기판은 상기 압전 트랜스포머가 장착된 한정된 보드를 가지며, 랩핑 시트는 전원 공급 장치를 형성하는 상기 트랜스포머 엘리먼트, 상기 접속 도선 구조체 및 상기 인쇄회로기판의 상기 한정된 보드 영역을 랩핑하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 플랫 시트는 큰 중심 홀을 가진 사각형이며, 상기 접속 도선 구조체는 큰 중심 홀을 가진 하드 절연 플레이트를 포함하며, 상기 플랫 시트는 큰 중심 홀을 가진 사각형상을 가지며 상기 절연 플레이트에 부착되며, 도선 수단이 상기 도체 스트립에 연결되고 외부 회로와 연결하기 위해 상기 접속 도선 구조체로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 도선 수단은 리본형 도선인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 도선 수단은 도체 핀인 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 트랜스포머 엘리먼트를 상기 접속 도선 구조체에 결합하는 결합 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 트랜스포머 엘리먼트와 접속 도선 구조체(18)를 함께 랩핑하는 두 개의 랩핑 밴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머는 상기 압전 트랜스포머와 함께 전원 공급 장치를 형성하는 회로 소자를 가진 인쇄회로기판 위에 장착되며, 상기 인쇄회로기판은 상기 압전 트랜스포머가 장착된 한정된 보드를 가지며, 서로 결합된 상기 트랜스포머 엘리먼트 및 상기 접속 도선 구조체는 전원 공급 장치를 형성하도록 상기 인쇄회로기판의 상기 한정된 보드 영역에 장착되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 플랫 시트는 커버 케이스에 형성되며, 상기 커버 케이스는 상기 접속부로서 단자부인 스프링 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 트랜스포머 엘리먼트는 진동 노드에서 상기 커버 케이스에 부착되고, 상기 스프링 부재는 상기 입력 전극과 상기 이차 및/또는 출력 전극중 대응하는 것에 납땜되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머는 상기 압전 트랜스포머와 함께 전원 공급 장치를 형성하는 회로 소자를 가진 인쇄회로기판 위에 장착되며, 상기 인쇄회로기판은 상기 압전 트랜스포머가 장착된 한정된 보드 영역을 가지며, 함께 결합된 상기 트랜스포머 엘리먼트와 상기 커버 케이스는 전원 공급 장치를 형성하도록 상기 인쇄회로기판의 상기 한정된 보드 영역상에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 접속 도선 구조체와 함께 상기 트랜스포머 엘리먼트내에 포함된 절연 엔벨로프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머는 상기 압전 트랜스포머와 함께 전원 공급 장치를 형성하는 회로 소자를 가진 인쇄회로기판 위에 장착되며, 상기 인쇄회로기판은 상기 압전 트랜스포머가 장착된 보드 영역을 한정하는 슬릿을 가지며, 상기 랩핑 시트는 전원 공급 장치를 형성하도록 상기 슬릿을 통하여 상기 트랜스포머 엘리먼트 및 상기 인쇄회로기판의 상기 한정된 보드 영역을 랩핑하는 것을 특징으로 하는 압전 트랜스포머.
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