CN1160805C - 压电变压器 - Google Patents

Abstract

一种压电变压器(21)，它有沿长度方向将矩形压电体等分的第1至第4区(A1、A2、A3、A4)，在第1及第4区(A1、A4)设有平面电极(24、25、26、27)作为输入电极，同时沿厚度方向互相沿相反的方向极化，在其余的2个区(A2、A3)的边界上设有带状电极(30、31)作为输出电极。该变压器体积小、振动速度低、发热少、效率高。

Description

压电变压器

技术领域

本发明涉及利用1波长共振型压电振子的压电变压器，该压电振子采用由压电性陶瓷构成的矩形片。

背景技术

作为变压器，已知有将线圈绕在铁心上的电磁式变压器。该电磁式变压器由于尺寸大、消耗功率大、以及产生电磁噪音和发热，所以不适合作为小型电气设备的电源使用。例如，作为静电发生装置或液晶显示器的背面光点亮用的高电压电源中的变压器，虽然不需要大的输出电流，但却需要1kV-数瓦左右的输出电压，同时要求降低电磁噪音和消耗功率、以及小型化等。

另一方面，由于利用压电现象的压电变压器几乎不产生电磁噪音，且能小型化，所以可以研究将其作为小型设备的电源用变压器的实用化的问题。

参照图1(a)及(b)，现有的压电变压器11备有：压电性陶瓷矩形片13；在从该压电性陶瓷矩形片13的一端起沿纵向的大约一半的部分(以下称第1部分)沿厚度方向相对地设置的2个表面电极15、15；以及在两个表面电极之间的上述第1部分的内部沿厚度方向互相间隔开形成的多个内部电极16、17。另外，表面电极15、15分别连接着在上述第1部分的相对的侧面上分别形成的侧面电极18、19，同时每隔一个内部电极16和剩余的内部电极17分别连接。另外，还备有在与压电性陶瓷矩形片13的上述第1部分相反一侧的半部分(以下称第2部分)的端面上形成的输出、取出用的端面电极20。

通过将直流电压加在侧面电极18、19之间，能对压电性陶瓷矩形片13的上述第1部分进行极化处理。即，压电性陶瓷矩形片13在表面电极15、15及内部电极16、17各电极之间被极化，其极化方向如图1(b)中的小箭头所示，在内部电极16、17各自的两侧彼此方向相反。再者，通过将直流电压再加在2个表面电极15和端面电极20之间，如图1(b)中的大箭头所示，压电性陶瓷矩形片13的第2部分沿纵向被极化。

上述的电极结构中的1波长共振型压电变压器被称为罗真(ロ-ゼン)式压电变压器。

另外，作为输入电极，具有上述的多个内部电极的类型，实际上是在制造时将内部电极和压电体互相交替地重叠形成的，所以称为重叠型。与此不同，还知道有这样一种类型的电极，它不设内部电极、而在相对的表面电极15、15之间使厚度方向的极化只朝向一个方向。这种类型在制造时不需要进行重叠，只在一个压电体的表面上构成电极即可，以下称为单片型。

下面说明图1(a)及(b)所示的罗真式压电变压器的工作情况。

将侧面电极18、19中的一个作为接地端子，将交流电压作为输入电压加在另一个电极上，上述交流电压的频率与压电性陶瓷矩形片13沿纵向振动时的1波长共振方式的共振频率相等，这样，重叠型压电变压器就能起压电振子的作用，如图2(a)及(b)所示，分别以所示的位移分布和变形分布进行振动。这时，利用压电效应，在表面电极15及内部电极16、17和端面电极20之间产生交流电压。所产生的交流电压的大小基本上由表面电极15及内部电极16、17之间的距离、表面电极15和端面电极20之间的距离、以及输入电压决定。即，在压电变压器中，通过利用压电效应的能量变换、即电-机械-电变换，能获得变压了的电压。

因此，伴随近年来电子设备的小型轻量化的要求，这种压电变压器也要求小型轻量化。例如要求将长(mm)×宽(mm)×厚(mm)＝42×12×1.5的压电振子的宽度缩小一半(42×6×1.5)，而将其体积减小一半。

可是，如果减小压电振子的体积，则传递的功率将与体积的减小成比例地降低。因此，为了获得规定的输出功率，必须增大压电振子的振动速度。就是说，如果振动方式及压电振子的长度已被确定，那么振动频率也就确定了，所以在如上那样将压电振子的宽度减小一半的情况下，为了增大振动速度，必须增大输入电压、增大压电振子的位移量(振幅)。

可是，压电振子的振动速度的增大将导致发热的增大，导致效率下降。特别是在达到了压电陶瓷的固有振动程度的极限(意味着振子在振动速度大、振幅大时由于发热造成的温度(ΔT)达到规定值的振动速度，该规定值可选定例如ΔT＝25℃)振动速度，也不能获得所希望的输出的情况下，即使进一步超过振动程度的极限而增加振动速度，也只能使发热呈指数函数地增大，效率下降很大，而不能获得所希望的输出。即在现有的罗真式电极结构的压电变压器中，存在难以小型化的问题。

本发明的目的在于提供一种既能比现有的压电变压器的体积小，又能以比材料固有的振动程度极限低的振动速度，获得与现有的压电变压器同等程度的输出的压电变压器。

发明内容

如果采用本发明的一种形态，则能获得这样一种压电变压器，即在利用沿矩形压电片的纵向以1波长共振方式振动的压电变压器中，其特征在于备有：具有从第1端至相对一侧的第2端的规定片长、规定片宽、规定片厚，沿所述片长方向4等分的第1至第4区按照从上述第1端至第2端这一顺序排列的上述矩形压电片；具有设在分别与上述压电片的第1端及第2端相邻的上述第1区及第4区中的至少2个平面电极、接收与上述片长相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动上述压电片的1波长共振用的输入电极装置；以及具有设在上述压电片的第2及第3区边界部分且沿上述宽度方向延伸的带状电极、输出由上述压电片的1波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置，而且上述第1区及第4区在上述片的厚度方向上彼此沿相反的方向极化，上述第2及第3区沿上述片的长度方向极化。

如果采用本发明的另一形态，则能获得这样一种压电变压器，即在利用沿矩形压电片的纵向以1波长共振方式振动的压电变压器中，其特征在于备有：具有从第1端延伸到相对一侧的第2端的片长、片宽和片厚、且沿外片长度假想地4等分的第1至第4区按照从上述第1端至第2端这一顺序排列的上述矩形压电片；具有分别设在上述压电片的中央部分的上述第2区及第3区中的至少2个平面电极、接收与上述片长相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动上述压电片的1波长共振用的输入电极装置；以及具有设在上述压电片的上述第1端及第2端的端面上的平面电极、输出由上述压电片的1波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置，而且上述第2区及第3区在上述片的厚度方向上彼此沿相反的方向极化，上述第1及第4区沿上述片的长度方向极化。

另外，如果采用本发明的另一形态，则能获得这样一种压电变压器，即在利用沿矩形压电片的纵向以1波长共振方式振动的压电变压器中，其特征在于备有：具有从第1端延伸到相对一侧的第2端的片长、片宽和片厚、且沿外片长度假想地4等分的第1至第4区按照从上述第1端至第2端这一顺序排列的上述矩形压电片；具有遍及上述压电片的第1区及第2区设置的至少2个平面电极、接收与上述片长相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动上述压电片的1波长共振用的输入电极装置；以及具有设在上述压电片的上述第3及第4区的边界部分且延上述宽度方向延伸的带状电极和设在上述第2端的端面上的接地用电极、输出由上述压电片的1波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置，而且上述第1区及第2区在上述片的厚度方向上沿相同的方向极化，上述第3及第4区在上述片的长度方向上彼此沿相反的方向极化。

另外，如果采用本发明的另一形态，则能获得这样一种压电变压器，即其特征在于：上述压电片上具有上述输入电极装置的上述第1及第2区的部分和上述压电片上具有上述输出电极装置的上述第3及第4区的部分分别与作为输入部及输出部而由另外的零件构成，该输入部和输出部互相结合且粘接。

即，如果采用本发明，则能获得利用1波长振动方式的压电变压器，通过将输入电极设在压电片的上述第1至第4区内的由上述1波长共振引起的压电片的位移互相对称或相反的2个区内，将输出电极设在其它区内，与现有的罗真式的压电振子相比，振动速度及发热量都小，而且体积小、效率好。

附图说明

图1是现有的罗真式压电变压器的说明图，(a)是简略斜视图，(b)是沿(a)中的1B-1B线的剖面图。

图2(a)及(b)是分别表示驱动图1中的压电变压器时压电陶瓷片的位移分布和变形分布的示意图。

图3是表示本发明的一实施例的压电变压器的示意图，(a)是其简略斜视图，(b)是驱动(a)图中的压电变压器时压电陶瓷片的位移分布和变形分布的示意图。

图4是表示本发明的另一实施例的压电变压器的示意图，(a)是其简略斜视图，(b)及(c)是分别表示沿(a)中的4B-4B线及4C-4C线的剖面图。

图5是制造图4中的重叠型压电变压器时交替重叠的2种带有电极的印刷电路板各自的斜视图。

图6是表示本发明的另一实施例的单片型压电变压器的简略斜视图。

图7是表示本发明的另一实施例的重叠型压电变压器的示意图，(a)是其简略斜视图，(b)、(c)、(d)及(e)分别是沿图(a)中的7B-7B线、7C-7C线、7D-7D线及7E-7E线的剖面图。

图8是表示本发明的另一实施例的重叠型压电变压器的简略斜视图。

具体实施方式

用附图说明本发明的一实施例压电变压器。

参照图3(a)，压电变压器21有由压电性陶瓷(例如，PZT＝铅·锆酸盐·钛酸盐)构成的矩形片23。假定将该压电性陶瓷矩形片23沿其长度(l)方向4等分，且等分后的4个区(长度为1/4)在图中从左至右分别为第1～第4区A1、A2、A3及A4。在长度方向上两端的第1及第4区A1及A4分别沿其厚度方向在相对的表面上形成输入用的表面电极24a、25a、24b、25b。这些表面电极是平面电极，在第1及第4区内沿矩形片23的长度方向及宽度方向延伸，被限定在各区内。

另外，在压电性陶瓷矩形片23的中央侧的第2及第3区A2及A3的边界部分且在矩形片23的表面和背面上分别形成在其宽度方向上延伸的带状表面电极30a及30b。

表面电极24a、25a、24b、25b被用作施加以1波长共振方式驱动矩形片23用的输入电压的输入电极装置，在各自相邻的区的边界部分附近分别连接着输入端28a、29a、28b、29b。

另一方面，带状内部电极26及27作为取出输出电压的输出电极装置使用，分别连接着输出电极端30a及30b。

通过将输入端28a和28b互相连接，而且将输入端29a和29b互相连接，并在它们之间施加直流电压，对上述第1及第4区A1及A4的部分进行极化处理。极化方向如图3中的箭头所示，在厚度方向上彼此的方向相反。

另外，通过将第1区A1的2个输入端28a、29a互相连接，将输出电极26、27的2个输出端30a和30b互相连接，并在它们之间施加直流电压，如图3(a)中的粗箭头所示，第2区A2沿长度方向向右被极化(当然也可以向左)。同样，将第4区A4的2个输入端28b、29b互相连接，将输出端30a和30b互相连接，并在它们之间施加直流电压，如图3(a)中的粗箭头所示，第3区A3沿长度方向向右被极化(当然也可以向左)。

在表面一侧，将两侧的2个输入端28a、28b互相连接，将背面一侧的2个输入端29a、29b互相连接，在它们之间施加交流电压。使其频率为与矩形片23的长度(l)相等的波长的频率，矩形片23进行呈图3(b)所示的位移及形变状态的振动。第1及第2区A1及A2的边界部分和第3及第4区A3及A4的边界部分成为振动的波节。

利用该振动，在输出电极26及27和输入电极28a、28b、29a或29b之间能获得升压的交流输出电压。因此，能从输入端28a或29a和输出端30a或30b之间获得输出电压。或者，能从输入端28b或29b和输出端30a或30b之间获得输出电压。

如下制造了如上构成的压电变压器。

在大气中在1200℃的温度下，对由含有高Qm的Mn*1/3Sb*2/3的PZT构成的尺寸为42×6×1.5(mm)的矩形压电陶瓷印刷电路板进行烧结，然后将银膏烧结在上述规定的位置，形成输入电极28a～29b和输出电极26及27。此后，在硅油中用140℃的温度、1.0kV/mm的电场强度进行了上述的极化处理。

作为负载，驱动直径为2.6mm、长为220mm的冷阴极管，对如上制造的压电变压器进行了评价实验。将测定的特性示于表1。作为比较例，制成现有的罗真式压电变压器，进行了同样的评价实验。将其结果一并示于表1。

                           表1

                           罗真式         本发明

输入电压(Vpp)                95             110

管电流(mA)                   5              5

升压比                       5              4.5

振动速度(m/s)                0.38           0.2

发热量ΔT(℃)                65             15

效率(％)                     80             84

由表1可知，在本发明实施例的压电变压器(实施例)中，与现有的压电变压器(罗真式)相比，获得同样的输出(管电流)时的振动速度低，发热量小。因此，效率也高。

在作为实施例的压电变压器中，其振动程度的极限由电极形状和振动片的形状决定，但通常为0.1～0.2(m/s)左右，未发现大量发热，可认为在振动程度的极限内。与此不同，在作为比较例的罗真式的情况下，振动速度接近于实施例的2倍，发热量也多。因此，在作为比较例的罗真式的情况下，已超过了振动程度的极限，可以认为体积再小是不可能了。

另外，在作为实施例的压电变压器中，与在作为比较例的罗真式的压电变压器相比，升压比低。可是，该升压比下降得很小，将输入电极作成重叠结构(使压电材料和电极材料交替地重叠的结构)，就能容易地提高升压比，所以不会成为大问题。

如果采用本实施例，则在以1波长振动方式驱动的压电变压器中，通过在压电振子的纵向端部形成输入电极，在纵向的中央形成输出电极，就能提供小型、振动速度小、发热少、效率高的压电变压器。

另外，在上述实施例中，作为输入电极只有在矩形片23的表面和背面形成的表面电极，但如以下的实施例所示，也可以构成具有内部电极的重叠型。另外，还可以将输入输出端作为侧面电极形成。

下面，参照图4及图5，说明本发明的另一实施例。

参照图4(a)、(b)及(c)，本实施例的压电变压器也与上述实施例一样，将输入电极装置及输出电极装置设在压电性陶瓷矩形片23上。与图3中的实施例一样，假定将压电性陶瓷矩形片23沿其纵向在图4(a)中从左至右等分成第1～第4区A1～A4这样4个区，本实施例的压电变压器与图3中的压电变压器的基本不同点在于：输入电极装置设在第2及第3区A2及A3中(用A2+A3表示)，而且用内部电极33a～34b代替表面电极24a～25b，有侧面电极28a～29b作为输入端，以及输出电极装置设在矩形片的纵向的两个端面上作为端面电极32a及32b。更详细地说，在本实施例中，在矩形片23的纵向的中央部分的第2及第3区A2及A3各自的内部，沿厚度方向互相间隔开形成多个内部电极33a、34a、33b、34b作为输入电极。这些内部电极是平面电极，分别在第2及第3区A2及A3内沿矩形片23的长度方向及宽度方向延伸，但被限定在各区内。还在宽度方向上相对的侧面上形成侧面电极28a、29a、28b、29b。

如图4(b)所示，在第2区A2中，在内部电极33a及34a中，每隔一个的内部电极33a连接在侧面电极28a上，另外的每隔一个的内部电极34a连接在侧面电极29a上。另一方面，如图4(c)所示，在第3区A3中，内部电极33b及34b，每隔一个的内部电极33b连接在侧面电极29b上，另外的每隔一个的内部电极34b连接在侧面电极28b上。

这些内部电极及侧面电极被作为输入电极使用，用来施加以1波长共振方式驱动矩形片23用的输入电压。

与图3所示的实施例同样地进行极化处理。即，通过将第2及第3区A2及A3中的各部分的侧面电极28a和28b互相连接，而且将29a和29b互相连接，并在它们之间施加直流电压，对上述第2及第3区A2及A3的部分进行极化处理。极化方向如图4(b)及(c)中的箭头所示，在厚度方向上在各内部电极的两侧彼此的方向相反。另外，图4(b)所示的第2区A2部分的极化方向与图4(c)所示的第3区A3部分的极化方向彼此相反。

另外，通过将第2区A2的侧面电极28a、29a互相连接，并在与端面电极32a之间施加直流电压，如图4(a)中的粗箭头所示，第1区A1沿长度方向向右被极化(当然也可以向左)。同样，将第3区A3的侧面电极28b、29b互相连接，并在与端面电极32b之间施加直流电压，如图4(a)中的粗箭头所示，第4区A4沿长度方向向右被极化(当然也可以向左)。

将第2区A2及第3区A3的一侧的2个侧面电极28a、28b互相连接，将相对一侧的另外的2个侧面电极29a、29b互相连接，在它们之间施加交流电压。使其频率为与矩形片23的长度(l)相等的波长的频率，矩形片23进行与图3(b)所示相同的位移及形变的振动。利用该振动，在端面电极32a和32b之间能获得升压的交流输出电压。

以下，参照图5具体地说明该压电变压器的制造方法。

首先，如图5(a)所示，在由高Qm的PZT构成的规定形状的压电陶瓷印刷电路板上的规定位置，用银-钯电极膏印刷内部电极26a、26b及带状内部电极31，作为内部电极图形。准备好多个具有相同的电极图形的印刷电路板。另一方面，如图5所示，将内部电极27a、27b及带状内部电极31印刷在相同的压电陶瓷印刷电路板上。准备好多个具有相同的电极图形的印刷电路板。接着，将这些(a)图及(b)图所示的印刷电路板交替地重叠多层，再在它上面重叠没有电极图形的陶瓷印刷电路板，制成重叠体。再将该重叠体进行热压并在大气中进行烧结，制成烧结体。接着，用银-钯膏在烧结体的两侧面及两端面上分别形成侧面电极28a～29b和端面电极32a32b。然后用上述的方法进行极化处理，能获得图4所示的压电变压器。

根据本实施例制造了压电变压器。烧结条件为在1100℃下烧结2小时，极化条件为在150℃的硅油中，在1kV/mm的电场强度下极化15分钟。为了评价所得到的压电变压器的特性，将直径为2.2mm、长为220mm的冷阴极管作为负载，施加正弦波输入电压进行驱动。测定了这时的升压特性及稳定亮灯时的振动速度和发热的关系。将该测定结果示于表2。

为了比较，在相同的尺寸、重叠层数、烧结及极化条件下制成现有结构的罗真式的压电变压器，进行了相同的评价实验，将其结果示于同一表2中。

                           表2

                         罗真式                本发明

尺寸(mm)                42×12×1.5          42×6×1.5

重叠层数                   10                    10

输入电压(Vpp)              18                    24

管电流(mA)                 5                     5

升压比                     50                    45

振动速度(m/s)              0.38                  0.20

发热量ΔT(℃)              65                    15

效率(％)                   80                    84

参照表2可知，现有的压电变压器的振动速度为0.38m/s，发热量为65℃。本发明的压电变压器，其升压比45稍低些，在输出(管电流)相同的情况下，振动速度及发热量都低，因此效率更好。

另外，在上述实施例中，作为输入电极，只使用内部电极，是重叠型的，但也可以在矩形片的第2及第3区A2及A3的表面及背面设置表面电极。另外，也可以不设内部电极，只使用表面及背面上的表面电极。

参照图6，再说明本发明的另一实施例。

参照该图，本实施例的压电变压器与关于图1说明过的现有的罗真式压电变压器中的单片型的相似。不同点在于：输出电极由与图3中的实施例相同的的带状电极26及27构成，该输出电极的设置位置是在第3区A3及第4区A4的边界处。还有，在第4区A4一侧的端面上设置端面电极作为输出用的接地电极电极，第3及第4区A3及A4的极化方向在纵向上方向相反。

极化处理和制造方法与图3中的实施例相同，不同点仅在于：输入电极数及电极的形成位置不同，故这里的详细说明从略。

以下，说明工作情况。

作为输入电极的表面电极24及25中的两者之一和端面电极32接地。图中虽然未示出，但与图3一样，通过连接在输入电极24及25上的输入端(图3中的28、29)或与图1相同通过在侧面形成的侧面电极(图1中的18)，将输入电压加在输入电极24及25之间。该输入电压是与矩形片23的长度(l)为1波长相当的频率的交流电压。其结果是与现有的罗真式压电变压器一样，利用压电效应，矩形片进行具有图2(a)及(b)所示的位移分布及应力分布的振动。该振动结果是利用压电效应，在输出电极26及27上出现输出电压。该输出电压的取出是在输出电极26、27中的至少一个电极和接地侧的输入电极24或25之间进行的。或者从输出电极26、27中的至少一个电极和端面电极32(接地)之间取出。

按照本实施例制造了压电变压器。极化条件为在140℃的硅油中，在1kV/mm的电场强度下极化15分钟。为了评价所得到的压电变压器的特性，附加进行了与图3中的实施例相同的评价实验。将其结果示于表3。

为了比较，按相同的尺寸及极化条件制成现有结构的单片型罗真式压电变压器，进行了相同的评价实验，将其结果示于同一表3中。

由表3可知，本发明实施例的压电变压器与现有的罗真式压电变压器相比较，不仅体积减小了一半，而且升压比也毫不逊色。另外，在输出(管电流)相同的情况下，振动速度低，因而发热量变小。因此，作为小型、高输出的压电变压器是相当出色的。

                          表3

                         罗真式             本发明

元件尺寸(mm)           42×12×1.5         42×6×1.5

输入电压(Vpp)              95                 120

管电流(mA)                 5                  5

升压比                     5                  4

振动速度(m/s)              0.4                0.2

发热量ΔT(℃)              65                 15

效率(％)                   80                 84

另外，在本实施例中，图示并说明了只以表面电极24及25为输入电极的单片型的结构。可是，作为输入电极如图1中的现有例所示，也可以构成使用内部电极和表面电极的重叠型的结构。另外，也可以不使用表面电极，而是只用内部电极构成输入电极的重叠型。如果构成重叠型，则能提高升压比。

如上所述，图6所示实施例的压电变压器在使用时，将输入电极中的一个和端面电极作为接地用。这是为了得到高输出电压。这一点与用内部电极作为输入电极的重叠结构的情况是相同的。

可是，也可以在输入电极的附近即在第2区A2和第3区A3的边界附近，与输入电极相邻地设置接地电极，以代替将输入电极中的一个作为接地电极。图7是具有这种结构的实施例。

在该实施例的压电变压器中，参照图7(a)、(b)及(c)，输入电极备有与图1中的实施例所示的输入电极同样的内部电极33及34、以及侧面电极28及29。可是，不用表面电极(24、25)。当然，也可以采用表面电极。

参照图7(a)、(c)及(e)，设置在输入电极附近的接地电极由在该位置在压电片的内部沿厚度方向间隔开且沿宽度方向延伸的多个带状内部电极35和其侧面电极36a及36b构成。当然，也可以在与带状内部电极35一致的位置设置带状的表面电极，也可以不使用带状的内部电极而只使用表面电极。

参照图7(a)、(d)及(e)，输出电极由设在第3及第4区A3及A4的边界部分的带状内部电极37及其两侧的侧面电极30a及30b构成。它还可以增加设置图6所示的带状表面电极26及27，或者只用表面的带状电极。

本实施例的压电变压器的工作情况与图6的实施例相同。但是，使用时不需要将输入电极接地，不用说，也可以代之以将接地电极35通过其侧面电极36a、36b接地。

图8是表示另一实施例的斜视图。该实施例也与图7中的实施例在基本结构上相同，但由第1及第2区A1及A2构成的输入部23a和由第3及第4区A3及A4构成的输出部23b是用不同的矩形片形成的，将它们互相连接起来构成压电变压器。

输入部23a呈重叠型的结构，该结构具有作为输入电极的与图7所示实施例的输入电极相同的多个内部电极33、34，以及作为输入端的侧面电极28及29。当然，输入电极也可以有表面电极，或者也可以不用内部电极而只用表面电极构成。

输出部23b由冲压成形的压电片构成，在它的纵向的两个端面上有作为接地电极的端面电极32a及32b，在纵向中央部分的表面和背面上有沿宽度方向延伸的带状表面电极26、27。在输出部23b的两侧面上有与这些带状表面电极26、27的两端连接的侧面电极30a、30b(图中只示出了30b)，作为整体构成无头的带状电极，将其作为输出电极。

输入部23a及输出部23b的端面之间用粘接剂粘接起来，构成由一个矩形压电片构成的压电变压器。另外，为了将配置在输入部23a及输出部23b的粘接面之间构成的接地用端面电极32a导出到外部，在输出部23b的侧面形成与该接地用端面电极32a连接的侧面电极36a、36b。其结果是端面电极32a相当于图7中的接地电极35。

该压电变压器的工作与图7中的压电变压器的工作基本相同，其说明从略。

与图5中的实施例的情况一样，将各电极印刷在印刷电路板上，并进行重叠、烧结，然后在烧结体的外表面上形成侧面电极及端面电极，在表4所示的各种条件下进行极化处理，从而制成图7所示的重叠型压电变压器。所制作的压电变压器的尺寸为42mm×6mm×2mm。

另一方面，用下述方法制作了相同尺寸(42mm×6mm×2mm)的图8所示的压电变压器。

作为重叠体制作了具有21×6×2立方毫米尺寸的输入部23a。即，对由具有高Qm的压电陶瓷构成的印刷电路板进行制膜，将内部电极图形印刷在它上面，在将印刷好的印刷电路板重叠10层，然后按规定的尺寸切断。除去夹子后，在1100℃的温度下，对该重叠体烧结2小时。将输入用的侧面电极23烧结在所得到的烧结体的外侧面上，从而获得了压电变压器的输入部23a。

另一方面，输出部23b制作出冲压成形品和热静水压制(HIP)品2种。即，通过干式冲压，将与用于输入部23的相同成分的压电陶瓷粉末压制成成形品，用1200℃烧结所得到的成形品，获得烧结品。将这样获得的烧结品中的若干个加工成与输入部23a相同的尺寸21×6×2立方毫米，然后在其外表面上形成接地用端面电极及无头的带状输出电极，得到作为冲压品的输出部23b。再者，对其余的上述烧结品进行热静水压制，得到改善了瓷器特性的HIP成形品。同样，通过在其外表面上形成接地用端面电极及无头的带状输出电极，得到作为HIP品的输出部23b。

用粘接剂分别将先得到的多个重叠型的输入部23a和作为输出部23b的冲压品及HIP品粘接起来。在表4所示的各种条件下，分别对这样获得的粘接体进行极化处理，得到图8中的压电变压器的试样。

                 表4各试样的极化条件

      图7中的实施例             图8中的实施例

                  I               II              III

(1)输出侧  180℃ 0.8kV/mm  180℃ 0.8kV/mm  180℃ 0.8kV/mm

   输入侧  150℃ 1.5kV/mm  150℃ 1.5kV/mm  150℃ 1.5kV/mm

(2)输出侧  180℃ 1.0kV/mm  180℃ 1.0kV/mm  180℃ 1.0kV/mm

   输入侧  150℃ 1.5kV/mm  150℃ 1.5kV/mm  150℃ 1.5kV/mm

(3)输出侧  180℃ 1.5kV/mm  180℃ 1.5kV/mm  180℃ 1.5kV/mm

   输入侧  150℃ 1.5kV/mm  150℃ 1.5kV/mm  150℃ 1.5kV/mm

在表4中，用I表示图7中的类型，用II表示图8所示实施例中将冲压品用作输出部23b的类型，用III表示将HIP品用作输出部23b的类型。对各种类型采用了3种极化条件，所以获得了从I(1)到III(3)的共9种试样。

在表4中，如果将输入侧极化条件保持一定，增加输出侧施加电场强度，在类型I中，在1.0kV/mm的电场强度下，在类型II中，在1.5kV/mm的电场强度下，在输出侧带状电极附近产生裂纹。另一方面，在类型III中，在3种极化条件中的任意一种条件下，都未发现异常。即在图7所示实施例的整体烧结品的情况下，由于输出侧烧结不足，所以只能施加不太大的电场强度。即，在图7所示结构的压电变压器中，输出侧极化时，拉伸应力集中在取出高压用的带状电极附近，所以在选择极化条件时要注意。与此不同，在图8所示的实施例中，将重叠品作为输入部形成，将成形品作为输出部形成，然后进行粘接，由于其输出部的烧结温度不同，提高了作为瓷器的机械强度，所以不仅成分相同，而且能充分极化。

在通过极化得到的压电变压器的试样中，选择了每一种类型的试样，并对试样I(1)、II(2)、III(3)进行了以下测定，即将直径为2.6mm、长为220mm冷阴极管作为负载，将与压电变压器的长度相等的波长对应的频率的正弦波电压加在压电变压器的输入端上，测定了振子特性、升压特性。将得到的结果示于表5及表6。

                 表5试样的振子特性

试样I(1)           试样II(2)            试样III(3)

Cd 输入侧        80nF        80nF        80nF

   输出侧        18pF        23pF        28pF

Keff 输入侧      22％        22％        22％

     输出侧      42％        46％        49％

Qm 输入侧        500         520         500

   输出侧        440         570         660

                表6压电变压器特性

                 试样I(1)       试样II(2)    试样III(3)

输入电压(Vpp)      24            21            19

振动速度(m/s)      0.3           0.28          0.26

发热量ΔT(℃)      10            7             4

从表5可知，图8所示实施例的类型II、特别是类型III的输出侧的静电电容Cd及耦合系数Keff比图7所示实施例的类型I提高了一些。这可以认为是由于改变了输入部和输出部之间的烧结条件，所以提高了压电片的瓷器特性，从而能充分地进行极化的结果，以及振子常数产生了显著的差别之故。

再者，由表6可知，图8所示实施例的类型II及类型III的5mA稳定亮灯时的输入电压、元件温度、振动速度都比图7所示实施例的类型I的低。

另外，通过对表2及表6进行比较可知，图7所示实施例的类型I与图1所示的现有的重叠型的罗真式压电变压器相比，在振动速度及发热温度方面有所改善。

在以上实施例中，作为压电片举例示说明了PZT陶瓷片，但也可以是具有压电性能的其它材料。例如也可以采用压电振动性能好的已知的铌酸锂单晶等。另外，作为电极举例说明了通过印刷银膏获得的薄膜，当然也可以使用其它导电性薄膜。

以上就几个实施例说明了本发明，但本发明不限定于这些实施例，在本发明的范围内各种实施形态都是可能的。

工业上利用的可能性

如上所述，如果采用本发明，与现有的罗真式压电变压器相比较，能获得体积减小1/2、在相同的输出功率下、振动速度低、发热少、效率高的压电变压器，特别是能提供一种适用于液晶显示器的背面光点亮用的电源的压电变压器。

Claims (16)

1.一种利用沿矩形压电片的纵向以1波长共振方式振动的压电变压器，其特征在于备有：

具有从第1端至相对一侧的第2端的规定片长、规定片宽、规定片厚，沿所述片长方向4等分的第1至第4区按照从所述第1端至第2端这一顺序排列的所述矩形压电片；

具有设在遍及所述压电片的第1区及第2区的至少2个平面电极、接收与所述片长相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动所述压电片的1波长共振用的输入电极装置；

以及具有设在所述压电片的所述第3及第4区的边界部分且沿所述宽度方向延伸的带状电极和设在所述第2端的端面上的接地用电极、输出由所述压电片的1波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置；

而且所述第1区及第2区在所述片的厚度方向上沿相同的方向极化，所述第3及第4区在所述片的长度方向上彼此沿相反的方向极化。

2.根据权利要求1所述的压电变压器，其特征在于：在所述压电片的所述第2区和第3区的边界部分还设有增加的接地用电极。

3.根据权利要求1所述的压电变压器，其特征在于：构成所述输入电极装置的2个所述平面电极分别在所述压电片的表面上和背面上形成。

4.根据权利要求1所述的压电变压器，其特征在于：构成所述输入电极装置的所述平面电极是在所述压电片中沿所述片的厚度方向互相间隔开形成的至少3个内部电极。

5.根据权利要求4所述的压电变压器，其特征在于：所述输入电极装置还有在所述压电片的表面上和背面上分别形成的平面电极。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的压电变压器，其特征在于：

所述压电片在所述片的宽度方向上有彼此相对的侧面；

所述输入电极部有所述平面电极，以及在所述压电片上设有该输入电极装置的区的所述相对的侧面上设置的施加所述交流输入电压用的2个侧面电极；

该2个侧面电极中的1个连接着所述平面电极中沿所述片的厚度方向互相相邻的每2个中的1个，另1个侧面电极连接着该平面电极的互相相邻的每2个中的另1个；

设有所述输入电极装置的各个区通过预先将直流电压加在所述2个侧面电极上，所述平面电极互相相邻的每2个之间被极化。

7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的压电变压器，其特征在于构成所述输出电极装置的所述带状电极具有：

沿所述片的厚度方向互相间隔开的多个带状电极；

以及在所述压电片的宽度方向互相相对的侧面上形成、而且与所述带状电极的两端分别连接、取出所述交流输出电压用的2个输出侧面电极。

8.根据权利要求7所述的压电变压器，其特征在于：所述带状电极作为内部带状电极被埋在所述压电片内。

9.根据权利要求7所述的压电变压器，其特征在于：所述带状电极中的2个分别设在所述上表面及下表面上，其余的带状电极作为内部带状电极被埋在所述压电片内。

10.根据权利要求2所述的压电变压器，其特征在于所述增加的接地用电极具有：

沿所述片的厚度方向互相间隔开的多个接地用带状电极；

以及在所述压电片的宽度方向互相相对的侧面上形成、而且与所述接地用带状电极的两端分别连接、取出所述交流输出电压用的2个接地用侧面电极。

11.根据权利要求10所述的压电变压器，其特征在于：所述接地用带状电极作为内部带状电极被埋在所述压电片内。

12.根据权利要求10所述的压电变压器，其特征在于：所述接地用带状电极中的2个分别设在所述压电片的表面及背面上，其余的接地用带状电极作为内部带状电极被埋在所述压电片内。

13.根据权利要求1所述的压电变压器，其特征在于：所述压电片上具有所述输入电极装置的所述第1及第2区的部分和所述压电片上具有所述输出电极装置的所述第3及第4区的部分分别由另外的零件构成，作为输入部及输出部，该输入部和输出部互相结合且粘结。

14.根据权利要求13所述的压电变压器，其特征在于：所述输入部是所述平面电极和压电体层交替地重叠后经过烧结的重叠体，所述输出部是在压电体的成形烧结体的表面上设有所述输出电极装置的部分。

15.根据权利要求14所述的压电变压器，其特征在于：所述成形烧结体是热静水压制体。

16.根据权利要求13～15中的任意一项所述的压电变压器，其特征在于：在所述输出部的与所述输入部的结合面之间夹着增加的接地用电极。

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