KR102186369B1 - 압전 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 변압기(1)에 관한 것으로서, 상기 변압기는 종방향(L)으로 입력 영역(2)과 출력 영역(3)으로 세분되어 있으며, 이 경우 상기 입력 영역(2)에는 전극(4)들과 압전 재료(5)가 교대로 쌓여 있고, 그리고 상기 입력 영역(2)의 전극(4)들에는 교류 전압이 인가될 수 있으며, 이 경우 상기 출력 영역(3)은, 상기 입력 영역(2)에서 교류 전압이 인가될 때 전계 형성을 유발하는 압전 재료(9)를 가지며, 이 경우 상기 압전 변압기(1)는, 상기 입력 영역(2)에서 멀리 떨어져 있는 출력측 단부면(10)과 종방향(L)으로 뻗어 있는 측면 에지(13)들을 구비하고, 그리고 이 경우 상기 압전 변압기(1)는, 상기 출력측 단부면(10)에서 원자 또는 분자를 이온화하는 동시에 상기 측면 에지(13)들에서의 원자 또는 분자의 이온화는 방지하도록 설계되어 있으며, 이 경우 상기 출력 영역(3)은 적어도 부분적으로 절연층(14)으로 코팅되어 있고, 상기 절연층은 열수축 튜브를 구비할 수 있다.

Description

압전 변압기{PIEZOELECTRIC TRANSFORMER}

본 발명은 압전 변압기에 관한 것이다. 상기 압전 변압기는 특히 대기압 플라즈마(atmospheric pressure plasma)를 생성하기 위한 장치에 사용될 수 있다.

압전 변압기는, 압전기(piezoelectricity)를 기반으로 하고 종래의 자기 변압기와 달리 전기 기계 장치(electromechanical system)를 이루는 공진 변압기(resonant transformer)의 구조이다. 도 1은 로젠형 변압기(rosen transformer)로도 공지되어 있는 압전 변압기(1)를 보여준다.

상기 압전 변압기(1)는 입력 영역(2)과 출력 영역(3)을 구비한다. 상기 입력 영역(2)에서 압전 변압기(1)는 전극(4)들을 구비하고, 이러한 전극들에는 교류 전압이 인가될 수 있다. 상기 전극(4)들은 압전 변압기(1)의 종방향(L)으로 연장된다. 전극(4)들은 상기 종방향(L)에 대해 수직인 스태킹 방향(stacking direction)(S)으로, 압전 재료(5)와 교대로 쌓여 있다. 이 경우 상기 압전 재료(5)는 스태킹 방향(S)으로 분극화되어 있다.

전극(4)들은 압전 변압기(1)의 내부에 배치되어 있으며 내부 전극으로도 명명된다. 압전 변압기(1)는 제1 종측면(6)과 이러한 제1 종측(6)에 마주 놓인 제2 종측면(7)을 가진다. 상기 제1 종측면(6) 상에는 제1 외부 전극(8)이 배치되어 있다. 상기 제2 종측면(7) 상에는 제2 외부 전극(도면에는 도시되지 않음)이 배치되어 있다. 내부에 놓이는 전극(4)들은 스태킹 방향(S)으로 제1 외부 전극(8) 또는 제2 외부 전극과 교대로 전기 접촉되어 있다.

입력 영역(2)은 전극(4)들 사이에 인가되는 낮은 교류 전압에 의해서도 트리거링될 수 있다. 압전 효과(piezoelectric effect)로 인해 입력측에 인가된 교류 전압은 먼저 기계적 진동(mechanical vibration)으로 변환된다. 이러한 경우에 상기와 같은 기계적 진동의 주파수는 근본적으로 압전 변압기(1)의 기계적 구조(mechanical construction)와 기하학적 구조(geometry)에 따라 달라진다.

상기 출력 영역(3)은 압전 재료(9)를 갖지만, 내부에 놓이는 전극들을 구비하지 않는다. 상기 출력 영역의 압전 재료(9)는 종방향(L)으로 분극화되어 있다. 출력 영역(3)의 압전 재료(9)는 입력 영역(2)의 압전 재료(5)와 동일한 재료일 수 있으며, 이 경우 이들 압전 재료(5 및 9)의 분극 방향은 다를 수 있다.

입력 영역(2)에 있는 전극(4)들에 교류 전압이 인가되면, 압전 재료(5, 9) 내부에 역학적 파동(mechanical wave)이 형성되고, 이러한 파동은 압전 효과로 인해 출력 영역(3)에서 출력 전압을 형성한다. 출력 영역(3)은 출력측 단부면(10)을 구비하며, 이러한 단부면은 금속 증착되어 있고 출력 전극을 형성한다. 따라서 상기 출력 영역(3)에서 형성된 전압은 금속 증착된 단부면(10)과 입력 영역(2)의 전극(4)들의 단부 사이에서 생성된다. 이 경우 출력측 단부면(10)에서는 고전압이 생성된다.

이러한 방식으로 압전 변압기(1)는, 전기적 여기를 통해 기체(gas)를 이온화할 수 있는 고전계(high electric field)를 형성한다. 이 경우 각각의 기체의 원자 또는 분자가 이온화되어 플라즈마를 생성한다. 압전 변압기(1) 표면의 전계 강도(electric field strength)가 플라즈마의 점화 자계 강도를 초과하는 경우에는 항상 이온화가 야기된다. 이러한 경우 원자 또는 분자의 이온화에 필요한 자계 강도가 플라즈마의 점화 자계 강도로 명명된다.

Ito 등의 공개 문헌: Discharge plasmas generated by piezoelectric transformers and their applications, Plasma Sources Sci. Technol. 15 (2006)에는, 플라즈마 점화에 압전 변압기가 사용될 수 있다는 사실이 공지되어 있다. 이 경우 플라즈마의 점화는 종방향 에지에서뿐만 아니라 출력측 단부면의 에지에서도 이루어진다.

도 1에는 출력측 단부면에서의 플라즈마 점화(11)와 측면 에지(13)들에서의 추가 플라즈마 점화(12)들이 표시되어 있다.

그러나 앞서 언급한 공개 문헌에서는, 측면 에지들에서의 점화(들)가 백커플링(back coupling)을 야기한다는 사실이 확인되지 않은데, 이와 같은 백커플링의 경우에는 출력 영역의 압전 재료 내에서, 높은 기계적 응력이 생성되고, 이러한 응력은 압전 변압기 작동 중에 균열로 이어질 수 있으며, 그에 따라 압전 변압기의 유효 수명이 줄어든다.

따라서 본 발명의 과제는 예를 들면 더 긴 유효 수명을 갖는 개선된 압전 변압기를 제공하는 것이다.

상기 전술한 과제는 청구항 1에 따른 압전 변압기에 의해서 해결된다.

본 발명에서 제안되는 압전 변압기는 종방향으로 입력 영역과 출력 영역으로 세분되어 있으며, 이 경우 상기 입력 영역에는 전극들과 압전 재료가 교대로 쌓여 있고, 그리고 상기 입력 영역의 전극들에는 교류 전압이 인가될 수 있으며, 이 경우 상기 출력 영역은, 상기 입력 영역에서 교류 전압이 인가될 때 전계 형성(buildup of an electrical field)을 유발하는 압전 재료를 가지며, 이 경우 상기 압전 변압기는, 상기 입력 영역에서 멀리 떨어져 있는 출력측 단부면과 종방향으로 뻗어 있는 측면 에지들을 구비하고, 그리고 이 경우 상기 압전 변압기는, 상기 출력측 단부면에서 원자 또는 분자를 이온화하고 동시에 상기 측면 에지들에서의 원자 또는 분자의 이온화는 방지하도록 설계되어 있으며, 출력 영역은 적어도 부분적으로 절연층으로 코딩되어 있고, 절연층은 열수축 튜브를 구비할 수 있다.

측면 에지들에서의 원자 또는 분자의 이온화가 방지됨으로써, 상기 측면 에지들에서 플라즈마 점화 시 원하지 않은 백커플링이 발생하지 않도록 보장된다. 그렇지 않은 경우 이와 같은 백커플링으로 인해, 압전 재료 내 균열 및 이와 더불어 압전 변압기의 유효 수명 단축을 야기할 수 있는 기계적 최대 응력이 생성될 수 있다. 본 발명에 의해서는 이와 같은 균열 발생이 상응하게 방지되며, 결과적으로 압전 변압기의 유효 수명이 증가된다.

상기 압전 변압기는 전술한 로젠형 변압기일 수 있으며, 이러한 변압기에서는 측면 에지들에서의 원자 또는 분자의 이온화를 방지하기 위한 추가 조치들이 제공된다. 로젠형 변압기와 관련해 공개된 모든 구조 및 기능상의 특징은 본 발명에 따른 압전 변압기에도 적용되어 있을 수 있다.

특히, 입력 영역이 전극들과 압전 재료를 구비할 수 있으며, 이때 상기 전극들은 스태킹 방향으로 교대로 쌓여 있다. 이 경우 상기 스태킹 방향은 종방향에 대해 수직이다. 상기 스태킹 방향은 또한 제1 외부 전극(8)이 배치되어 있는 제1 종측면(6)의 표면 법선에 대해 수직이다.

출력 영역은 내부에 놓인 전극들을 구비하지 않는다. 출력 영역은 압전 재료로 이루어진 모놀리식 스택(monolithic stack)으로서, 이 경우 출력측 단부면은 금속 증착되어 있을 수 있다. 출력 영역은 종방향으로 분극화되어 있는 압전 재료를 갖는다.

입력 영역은 여기 영역으로도 명명되고, 출력 영역은 고전압 영역으로도 명명된다.

압전 변압기는 기본적으로 사각형 형태를 갖는다. 종방향은 서로 가장 멀리 떨어져 있는, 압전 변압기의 외부 표면 연결에 의해 정해지는데, 다시 말하면 압전 변압기의 가장 긴 에지를 따라서 진행되는 방향으로 규정된다.

측면 에지들에서의 이온화를 방지하면서 출력측 단부면에서의 원자 또는 분자의 이온화를 의도한 바대로 제어하기 위해서는, 단부면의 전계 강도가 자신의 최대치에 도달하는 것이 중요하다. 이에 따라 측면 에지들은, 이 경우 전계의 자계 강도가 의도한 바대로 감소되고, 특히 전압 피크가 방지되도록 변형될 수 있다. 출력측 단부면에서의 전계 강도가 점화 자계 강도에 도달하는 경우에는 특히, 측면 에지들에서의 전계 강도가 플라즈마의 점화 자계 강도보다 낮아야 한다.

압전 변압기의 측면 에지들은 곡선 영역을 가질 수 있다. 이러한 곡선 영역에서는 전압 피크가 방지되며, 그 결과 측면 에지들에서의 원자 또는 분자의 이온화가 발생하지 않는다. 에지들의 곡선 처리에 의해, 측면 에지 표면에서의 전계 강도가 감소된다.

에지들은 소결 공정 이전 또는 이후에 곡선 처리될 수 있다.

곡선 영역은 적어도 출력측 단부면에서 출력 영역의 중간 부분까지 연장될 수 있다. 압전 변압기 작동 중에는 상기와 같은 영역에 가장 높은 전계 강도가 존재한다. 그러므로 특히 이러한 영역에서는, 원치 않은 플라즈마 점화를 방지하기 위해 에지들의 자계 강도를 감소시키는 것이 중요하다. 바람직하게 곡선 영역은 출력측 단부면에 직접 접속되는데, 그 이유는 출력측 단부면 부근에서는 측면 에지들에서의 원하지 않은 이온화 위험이 특히 높기 때문이다.

곡선 영역은 측면 에지의 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있다. 곡선 영역을 제조하기 위한 특정 방법, 예를 들면 마모(abrasion) 방법의 경우 측면 에지의 전체 길이를 곡선 처리하는 것이 훨씬 더 간단하다. 마찬가지로 입력 영역의 측면 에지들의 곡선 처리는 압전 변압기의 기능에 부정적인 영향을 주지 않는다.

측면 에지들은 곡선 영역에서 0.1㎜ 내지 3㎜의 반지름을 가질 수 있다. 반지름이 0.1㎜보다 작게 선택되면, 측면 에지들에서의 충분한 전계 강도 감소가 더 이상 보장되지 않을 수 있는데, 그 이유는 이러한 경우 상기 측면 에지들이 거의 각 진 형태를 가질 수 있기 때문이다. 3㎜의 반지름을 갖는 곡선의 경우 에지들에서의 전계 강도를 감소시키기에 충분하므로, 더 큰 반지름을 갖는 곡선은 압전 변압기의 추가 거동 향상으로 이어지지 않는다. 따라서 최적의 반지름 범위로는 0.1 내지 3㎜의 범위가 언급될 수 있다. 또한, 바람직하게 반지름은 0.2 내지 1.0㎜의 범위일 수 있다.

측면 에지들의 곡선 영역은 예를 들면 마모, 연삭 또는 샌드 블라스팅 방법에 의해서 곡선 처리될 수 있다.

여기서 마모 방법으로는, 소결되지 않은 생재 상태(unsintered, green condition)에서 압전 변압기의 모든 에지를 자유 결정(free grain)을 이용해 마모할 수 있는 방법이 언급된다. 이 경우 다수의 압전 변압기는 마모 수단과 함께 드럼 안에 삽입될 수 있고 그곳에서 서로 마찰될 수 있으며, 그 결과 에지들이 곡선 처리된다. 이러한 마모 방법의 장점들은, 매우 신속하고 적은 비용으로 실행될 수 있다는 있다.

마모 방법을 통해서는 출력측 단부면의 모서리 및 에지들도 곡선 처리된다. 이 경우 곡선 처리된 출력측 단부면들을 갖는 압전 변압기가 형성되고, 이러한 변압기의 경우에는 이온화가 단부면의 모서리에서만 일어난다. 단부면의 모서리들은 상기와 같은 곡선 처리 결과로 인해 확대된 표면을 갖고, 그 결과 산개형 플라즈마 제트(fanned out plasma jet)가 형성된다. 이러한 플라즈마 제트는 특정 적용예들에 있어서 유리할 수 있다. 적용예에서 플라즈마 제트의 산개가 바람직하지 않을 경우, 마모 후 단부면의 연삭이 실행될 수 있으며, 이로 인해 측면 곡선 에지들은 다시 각을 갖게 된다.

이때 연삭 방법으로는, 연삭 휠을 이용한 소결 상태에서 압전 변압기를 가공할 수 있는 방법이 언급된다. 이 경우에는 압전 변압기가 매우 정밀하게 처리될 수 있다. 특히 단부면에 있는 에지들은 가공되지 않은 상태로 유지된다. 연삭 공정은 높은 설계 유연성(design flexibility)을 제공한다. 예를 들어 연삭 방법에 의해서 곡선 영역은 돌출하는 반지름을 갖는 방식으로 설계될 수 있다. 곡선 영역의 반지름은 출력측 단부면에서 최대일 수 있고, 그리고 입력측으로 갈수록 감소될 수 있다. 연삭 방법은 또한 측면을 원하는 형태로 가공할 수 있도록 한다. 단부면은 예를 들면 반구형 또는 피라미드형으로 끝이 뾰족하게 설계될 수 있다. 단부면의 설계에 따라 생성될 수 있는 플라즈마 제트의 다른 형태도 주어진다.

연삭 방법에 의해 주어지는 또 다른 장점은, 이러한 공정은 매우 매끄로운 표면을 야기하고, 그 결과 비평탄 영역에서 국부적인 자계 오버슈트 현상(field overshoot)이 발생되지 않을 수 있다.

샌드 블라스팅의 경우, 압축 공기에 의해 측면 에지들에 자유 입자가 분사된다. 이러한 방식으로 측면 에지들로부터 재료가 제거된다. 샌드 블라스팅 방법은 압전 변압기가 소결된 상태에서 이루어질 수 있다. 샌드 블라스팅 시 가공되지 않은 상태로 유지되어야 하는 압전 변압기의 영역들은 샌드 블라스팅 공정 동안 덮여질 수 있는데, 예를 들면 차폐될 수 있다.

측면 에지들이 곡선 처리되는 경우 압전 변압기의 용적은, 압전 변압기의 진동 거동을 변경시키지 않을 정도로 작은 용적만 변경된다.

대안적으로 또는 추가로, 출력 영역은 적어도 부분적으로 절연층으로 코팅되어 있을 수 있다. 상기 절연층은 이러한 절연층에 의해 덮인 영역들의 표면에서 전계 강도를 감소시킨다. 절연층은 특히 측면 에지들을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다.

이러한 방식으로 절연층에 의해, 측면 에지들의 표면에서의 전계 강도가 너무 강하지 않도록 보장될 수 있고, 따라서 상기 측면 에지들에서의 원자 및/또는 분자의 이온화가 방지될 수 있다. 절연층 제공은 측면 에지들의 곡선 처리와 조합될 수 있으며, 그 결과 이러한 두 가지 조치의 조합을 통해 측면 에지들에서의 원치 않은 이온화가 방지될 수 있다.

절연층은 압전 변압기 전체 길이의 15% 내지 45% 범위, 바람직하게는 전체 길이의 20% 내지 30% 범위 내에 있는 길이를 가질 수 있다.

절연층은 열수축 튜브(heat shrink tubing)를 구비할 수 있다. 상기 열수축 튜브는 특히 자신의 내부면이 용융 접착제에 의해 코팅되어 있을 수 있다. 이러한 방식에 의해, 열수축 튜브가 압전 변압기의 진동에 의해 작동 중에 상기 압전 변압기로부터 분리될 수 있고 그리고 출력 영역으로부터 미끄러지는 현상이 방지될 수 있다.

열수축 튜브는 출력측 단부면과 같은 높이로 폐쇄되거나 상기 단부면보다 더 돌출할 수 있다. 대안적으로는 출력측 단부면에 접속되는 출력 영역의 단부 영역 또한 열수축 튜브 없이 유지될 수 있다.

열수축 튜브가 약간 돌출하는 경우, 플라즈마 풀링(pooling of plasma)이 발생한다. 이러한 플라즈마 풀링 현상은, 예컨대 표면을 활성화하기 위해 플라즈마 효과를 이용하는 적용예들에 유리하다. 열수축 튜브가 압전 변압기와 같은 높이로 종료되거나 열수축 튜브가 바로 2㎜의 길이를 갖는 측면 에지들의 작은 단부 영역을 개방하면, 플라즈마는 방향 지정되지 않는다. 그 결과 작동이 산소를 함유한 작동 기체(working gas)에서 더 많은 오존을 생성하고, 이는 의료 분야 적용예들에 유리할 수 있다. 따라서 열수축 튜브의 길이는 원하는 삽입 목적에 적합하게 매칭되어야 한다.

절연층은 실리콘(silicone), 경화성 폴리머(cured polymer) 또는 래커(lacquer)에서 선택된 하나 이상의 재료를 가질 수 있다. 상기 재료들은 절연층으로서 액상 형태로 제공될 수 있다. 이를 위해서는 액상 그라우팅, 형태로 제공 또는 래커 코팅이 적합하다.

절연층은 측면 에지들을 따라서 충분한 두께를 가져야 한다. 액상 형태로 절연층 제공 시 상기와 같은 충분한 두께는 점도 조절을 통해 또는 여러 번의 도포 과정을 통해 확보될 수 있다.

단부면은 절연층을 갖지 않을 수 있다. 단부면에서의 원자 또는 분자의 이온화가 바람직하고, 그리고 이러한 이온화가 절연층 때문에 방해받지 않아야 하기 때문에 상기와 같은 내용은 중요하다.

절연층은 0.1㎜ 내지 3㎜ 범위의 두께를 가질 수 있으며, 이 경우 두께는 바람직하게 0.2 내지 1.0㎜ 범위에 놓인다. 절연층에 의해 압전 변압기에 추가 질량이 공급되고, 이로 인해 상기 압전 변압기의 진동 거동이 변경된다. 따라서 절연층은 가능한 한 얇은 두께로 선택되어야 한다. 그러나 상기 절연층은 측면 에지들의 표면에서 전계 강도를 플라즈마의 점화 전계 강도보다 낮은 수준으로 감소시킬 만한 두께여야 한다. 이러한 요건은 0.1㎜ 내지 3㎜의 두께를 갖는 절연층들에 의해 충족된다.

압전 변압기는 저온 대기 플라즈마를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

대기압 플라즈마는 전형적으로 100℃보다 낮은 기체 온도를 갖는 소위 저온, 비열 플라즈마(low-temperature, nonthermal plasma)와 상대적으로 더 높은 기체 온도를 갖는 열 플라즈마(thermal plasma)로 분류될 수 있다. 본 발명은 저온 비열 플라즈마와 관계가 있으며, 이러한 저온 비열 플라즈마는 기체 온도가 실내 온도 범위이거나 단지 약간 더 높음으로써, 기판 표면 도는 기판 자체를 손상시키지 않고 처리될 기판에서 더 긴 플라즈마 지속 시간이 가능할 뿐만 아니라, 또한 예를 들면 두께가 얇은 폴리머 필름을 상기 플라즈마로 더 오래 가공할 수 있다는 장점을 갖는다.

상기 압전 변압기는 로젠형 변압기일 수 있다.

또한, 출력측 단부면이 곡선 에지 및/또는 곡선 모서리를 가질 수 있다. 상기 출력측 단부면은 산개형 플라즈마 제트를 형성하기에 적합할 수 있다.

또한, 본 발명은 기체로 채워진 체적 내에 배치된 전술한 압전 변압기를 구비하는 대기압 플라즈마를 생성하기 위한 장치와 관계가 있다. 따라서 상기 압전 변압기는 기체 이온화에 사용되고, 이러한 방식으로 플라즈마를 생성한다. 상기와 같은 장치는 특히 표면 활성화 또는 다른 방식의 표면 가공을 위해 사용될 수 있으며, 그리고 의료 분야 적용예들에 사용될 수 있다.

아래에서는 도면들을 참고로 본 발명이 더 상세히 설명된다.
도 1은 선행 기술에 공지된 압전 변압기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 변압기를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 변압기를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 압전 변압기의 횡단면을 도시한다.

도 2는 압전 변압기(1)를 보여준다. 상기 압전 변압기(1)는 제1 및 제2 종측면(6, 7) 외에 제3 종측면(16)과 제4 종측면(17)도 갖는다. 상기 종측면들 각각(6, 7, 16, 17)은 종방향(L)으로 연장된다. 상기 종측면들 각각(6, 7, 16, 17)은 또한 출력측 단부면(10)에 대해 수직이다.

압전 변압기(1)의 전체 길이의 약 4분의 1은 절연층(14)에 의해 덮여 있다. 이때 상기 절연층(14)은 종측면(6, 7, 16, 17) 상에 제공되었다. 출력측 단부면(10)은 절연층을 갖지 않는다.

이 경우 절연층(14)의 재료는, 외부로 향하는, 상기 절연층(14)의 면에서 절연층(14) 내부에 존재하는 전계 강도가 뚜렷하게 감소되도록 선택되었다. 따라서 절연층(14)은 전계를 절연한다. 그러므로 절연층(14)에 의해 덮여 있는 측면 에지(13)들 영역에서 전계 강도가 뚜렷하게 줄어든다.

상기 절연층(14)은 열수축 튜브 또는 실리콘, 래커 또는 경화성 폴리머로 이루어진 층일 수 있다. 절연층(14)은 압전 변압기의 출력측 단부면(10)에서 이러한 압전 변압기의 4분의 1 길이까지 연장된다.

도 3은 압전 변압기(1)의 제1 실시예를 보여준다. 이 경우에 압전 변압기(1)의 측면 에지(13)들은 곡선 영역(15)을 갖는다. 상기 곡선 영역(15)에서 측면 에지(13)들은 나머지 영역들과 같이 각이 진 형태가 아니라 곡선 처리되어 있다. 도 3에 도시된 실시예에서 곡선 영역(15)은 측면 에지(13)들의 전체 길이에 걸쳐 연장된다.

곡선 영역(15)에서는 측면 에지(13)들의 전계 강도가 더 넓은 면적에 걸쳐 분포되어 있음으로써, 결과적으로 전압 피크 발생이 방지되고, 그리고 최대로 도달된 전계 강도가 측면 에지(13)들 영역에서 감소되었다. 특히 측면 에지(13)들의 전계 강도는, 원자 또는 분자의 이온화에 필요한 전계 강도보다 낮은 정도로 상당히 감소된다.

도 4는 도 3에 도시된 압전 변압기(1)를 종방향(L)에 대해 수직으로 절단한 횡단면을 보여준다. 본 도면에서는 압전 변압기(1)가 둥글게 마무리된 측면 에지(13)들을 갖는 것을 알 수 있다.

압전 변압기(1)의 길이에 의해서는 기본적으로 상기 압전 변압기의 동작 주파수(operating frequency)가 결정된다. 70㎜의 길이가 선택되면, 50kHz의 동작 주파주가 발생한다. 이러한 동작 주파수는 특히 표면 활성화 또는 표면 가공에 적합하다. 의료 분야 적용예들에 있어서는 100kHz의 동작 주파수가 바람직할 수 있다. 따라서 이 경우에는 35㎜의 압전 변압기(1) 길이가 선택된다.

1: 압전 변압기
2: 입력 영역
3: 출력 영역
4: 전극
5: 압전 재료
6: 제1 종측면
7: 제2 종측면
8: 제1 외부 전극
9: 압전 재료
10: 출력측 단부면
11: 출력측 단부면에 있는 플라즈마 점화 장치
12: 측면 에지에 있는 플라즈마 점화 장치
13: 측면 에지
14: 절연층
15: 곡선 영역
16: 제3 종측면
17: 제4 종측면
L: 종방향
S: 스태킹 방향

Claims (36)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 압전 변압기(1)로서,
    상기 변압기는 종방향(L)으로 입력 영역(2)과 출력 영역(3)으로 세분되어 있으며, 이 경우 상기 입력 영역(2)에는 전극(4)들과 압전 재료(5)가 교대로 쌓여 있고, 그리고 상기 입력 영역(2)의 전극(4)들에는 교류 전압이 인가될 수 있으며,
    이 경우 상기 출력 영역(3)은, 상기 입력 영역(2)에서 교류 전압이 인가될 때 전계 형성을 유발하는 압전 재료(9)를 가지며,
    이 경우 상기 압전 변압기(1)는, 상기 입력 영역(2)에서 멀리 떨어져 있는 출력측 단부면(10)과 종방향(L)으로 뻗어 있는 측면 에지(13)들을 구비하고, 그리고
    이 경우 상기 압전 변압기(1)는, 상기 출력측 단부면(10)에서 원자 또는 분자를 이온화하고 동시에 상기 측면 에지(13)들에서의 원자 또는 분자의 이온화는 방지하도록 설계되어 있으며,
    이 경우 상기 출력측 단부면(10)이 곡선 모서리들 및 곡선 에지들을 가지는, 압전 변압기(1).
19. 제18항에 있어서, 상기 측면 에지(13)들이 곡선 영역(15)을 가지는, 압전 변압기(1).
20. 제19항에 있어서, 상기 곡선 영역(15)이 적어도 상기 출력측 단부면(10)에서 상기 출력 영역(3)의 센터까지 연장되는, 압전 변압기(1).
21. 제19항 또는 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 곡선 영역(15)이 상기 측면 에지(13)들의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 압전 변압기(1).
22. 제19항에 있어서, 상기 곡선 영역(15)에서 상기 측면 에지(13)들이 0.1㎜ 내지 3㎜의 반지름을 가지는, 압전 변압기(1).
23. 제19항에 있어서, 상기 곡선 영역(15)이 마모, 연삭 또는 샌드 블라스팅 방법에 의해서 곡선 처리된, 압전 변압기(1).
24. 제18항에 있어서, 상기 출력 영역(3)이 적어도 부분적으로 절연층(14)으로 코팅되어 있는, 압전 변압기(1).
25. 제24항에 있어서, 상기 절연층(14)이 열수축 튜브를 구비하는, 압전 변압기(1).
26. 제25항에 있어서, 상기 열수축 튜브가 상기 출력측 단부면(10)과 같은 높이로 폐쇄되거나 상기 단부면(10)보다 더 돌출하는, 압전 변압기(1).
27. 제24항에 있어서, 상기 절연층(14)이 실리콘, 경화성 폴리머 또는 래커에서 선택된 하나 이상의 재료를 가지는, 압전 변압기(1).
28. 제24항에 있어서, 상기 단부면(10)이 상기 절연층(14)을 갖지 않는, 압전 변압기(1).
29. 제24항에 있어서, 상기 절연층(14)이 0.1㎜ 내지 3㎜ 범위의 두께를 가지는, 압전 변압기(1).
30. 제18항에 있어서, 상기 압전 변압기가 저온 대기 플라즈마를 생성하기 위해 사용되는, 압전 변압기(1).
31. 제18항에 있어서, 로젠형 변압기(1)인, 압전 변압기(1).
32. 제18항에 있어서, 상기 출력측 단부면(10)이 산개형 플라즈마 제트를 형성하는, 압전 변압기(1).
33. 제18항에 있어서, 상기 출력측 단부면(10)은 금속 증착을 구비하는, 압전 변압기(1).
34. 제18항에 있어서, 상기 출력측 단부면(10)은 금속 증착을 구비하지 않는, 압전 변압기(1).
35. 가스로 채워진 체적 내에 배치되어 있는 제18항에 따른 압전 변압기(1)를 구비하는, 대기압 플라즈마를 생성하기 위한 장치.
36. 제 24 항에 있어서, 상기 절연층은 액상 형태로 제공된 압전 변압기(1).

Images