JP2000188433A - Piezoelectric transformer - Google Patents

Piezoelectric transformer

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JP2000188433A
JP2000188433A JP10365756A JP36575698A JP2000188433A JP 2000188433 A JP2000188433 A JP 2000188433A JP 10365756 A JP10365756 A JP 10365756A JP 36575698 A JP36575698 A JP 36575698A JP 2000188433 A JP2000188433 A JP 2000188433A
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piezoelectric
transformer
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laminated
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隆之 猪井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric transformer which permit practical operation of a drive circuit at a lower drive frequency and is provided with an effective measure for heat generation. SOLUTION: A piezoelectric transformer 100 is composed of a plurality of internal electrodes 111, a piezoelectric ceramic layer 112 which are alternately laminated, and a laminated layer material 113 in which the adjacent piezoelectric ceramic layer 112 is inversely polarized in the thickness direction. Moreover, the low impedance part 120 and high impedance part 130 are arranged in the thickness direction of the laminated material 113. In this piezoelectric transformer 100, a structure is provided so that the vibration mode is provided to realize vibration to curve toward the end edge side from the center in the plane direction of the laminated material 113, and a plurality of grooves 140 is formed along the plane direction in the side surface orthogonal to the plane direction of the laminated material 113.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスに関
し、特に、特に小型化、軽量化、高信頼性が要求される
小型整流電源に用いられる圧電トランスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer, and more particularly, to a piezoelectric transformer used for a small-sized rectified power supply which is required to be reduced in size, weight and high reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種の電池駆動式電子機器に商用
電源から電源を供給するいわゆるACアダプターの降圧
型トランスには、巻線型の電磁トランスが用いられてき
た。この電磁トランスは磁性体のコアに導線を巻き付け
る構造になっており、小型で軽量の電磁トランスを実現
するのは、非常に困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a winding type electromagnetic transformer has been used as a step-down type transformer of a so-called AC adapter for supplying power from a commercial power supply to various battery-driven electronic devices. This electromagnetic transformer has a structure in which a conductive wire is wound around a magnetic core, and it has been very difficult to realize a small and lightweight electromagnetic transformer.

【0003】これに対し、電磁トランスとは全く動作原
理が異なる、圧電効果を用いた圧電トランスが提案され
ている(例えば、シー.エー.ローゼン(C.A.Ro
sen)、「圧電磁器トランスフォーマ」(Ceram
ic Transformer)、プロシーディング
オブ エレクトロニックコンポーネント シンポジウム
1957(Proc.of E1ectronic C
omponent Symposium(195
7))、第256〜211頁)。
On the other hand, a piezoelectric transformer using a piezoelectric effect, which has a completely different operation principle from an electromagnetic transformer, has been proposed (for example, CA Rosen (CA Ro)).
sen), "Piezoelectric transformer" (Ceram)
ic Transformer), proceedings
Of Electronic Components Symposium 1957 (Proc. Of Electronic C
component symposium (195
7)), pages 256 to 211).

【0004】図5に、代表的な圧電トランスであるロー
ゼン型圧電トランスの一例の斜視図を示す。図5を参照
してその構成を説明すると、長板状圧電セラミック(磁
器)板310が長さ方向にわたって、駆動部(低インピ
ーダンス部)31と発電部(高インピーダンス部)32
との二つに二等分されている。駆動部31は圧電セラミ
ック板310の厚み方向に分極しており、上下両面の平
面状電極311,312(312は311に対向して形
成、図示せず)が駆動部の全域に拡がって設けられてい
る。発電部32は圧電セラミック板310の長さ方向に
分極しており、長さ軸に垂直な端面に端面電極315が
設けられている。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a Rosen type piezoelectric transformer which is a typical piezoelectric transformer. The configuration will be described with reference to FIG. 5. A long plate-shaped piezoelectric ceramic (porcelain) plate 310 extends in the length direction and includes a driving section (low impedance section) 31 and a power generation section (high impedance section) 32.
And is divided into two. The drive unit 31 is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic plate 310, and flat electrodes 311 and 312 (312 are formed opposite to 311 and not shown) on both upper and lower surfaces are provided to extend over the entire area of the drive unit. ing. The power generation section 32 is polarized in the length direction of the piezoelectric ceramic plate 310, and an end face electrode 315 is provided on an end face perpendicular to the length axis.

【0005】この構成の圧電トランスは昇圧用のもので
あり、昇圧用としてその動作原理を説明すると、駆動部
31の上下二つの平面状電極311,312の間、すな
わち、入力端子317,318の間に外部から交流電圧
を与える。駆動部31は上記の交流入力電圧に応じて、
圧電横効果により長さ方向に振動する。これにより圧電
セラミック板310に長さ方向の振動が生じ、発電部3
2にはその振動による圧電縦効果により、駆動部の平面
状電極311または312と発電部の端面電極315と
の問(図5の場合は、電極312と電極315との間)
つまり、出力端子318,319の間に、入力電圧と同
じ周波数の昇圧された電圧が生じる。
The piezoelectric transformer having this configuration is used for boosting. The operation principle of the piezoelectric transformer will be described. For the boosting, the piezoelectric transformer is disposed between the upper and lower two planar electrodes 311 and 312 of the drive unit 31, ie, the input terminals 317 and 318 are connected. An AC voltage is applied from the outside in between. The drive unit 31 responds to the AC input voltage
It vibrates in the length direction due to the lateral piezoelectric effect. As a result, the piezoelectric ceramic plate 310 vibrates in the longitudinal direction, and the power generation unit 3
2 has a problem between the planar electrode 311 or 312 of the drive section and the end face electrode 315 of the power generation section (in the case of FIG. 5, between the electrode 312 and the electrode 315) due to the piezoelectric longitudinal effect due to the vibration.
That is, a boosted voltage having the same frequency as the input voltage is generated between the output terminals 318 and 319.

【0006】ここで、上記の交流入力電圧の周波数を圧
電セラミック板310の長さ方向の機械共振の周波数と
等しくしておけば、非常に高い出力電圧が得られる。図
5に示すトランスは、上記の共振を1次モード、つま
り、圧電セラミック板310の長さをLとし、交流入力
電圧の波長をλとしてL=1(λ/2)で駆動するトラ
ンスである。上記したローゼンタイプの構成の圧電トラ
ンスは、昇圧型のものであることから、入出力を逆にす
れば降圧型となるが、これを降圧型として用いた場合に
は、インピーダンスマッチングの問題があり、実用には
供さない。
If the frequency of the AC input voltage is made equal to the frequency of mechanical resonance in the length direction of the piezoelectric ceramic plate 310, a very high output voltage can be obtained. The transformer shown in FIG. 5 is a transformer that drives the resonance in the first mode, that is, L = 1 (λ / 2), where L is the length of the piezoelectric ceramic plate 310 and λ is the wavelength of the AC input voltage. . Since the Rosen-type piezoelectric transformer described above is a step-up type, if the input and output are reversed, it becomes a step-down type.However, when this is used as a step-down type, there is a problem of impedance matching. , Not practical.

【0007】これに対し、降圧型の圧電トランスとし
て、特開平4−291773号公報で提案されているも
のがある。特開平4−291773号公報で提案されて
いる降圧型の圧電トランスの構成を図6に示す。図6に
おいて、41で示す部分が駆動部(高インピーダンス
部)であり、内部電極406,407(407は図示せ
ず)と圧電磁器408が積層され、各内部電極は外部電
気端子404,405(図示せず)を介して電気的に接
続されている。そして、これらの圧電磁器408は、厚
み方向に分極されている。また、42で示す部分が発電
部(低インピーダンス部)であり、内部電極401、4
02と圧電磁器403を積層し、各内部電極は外部電気
端子409,410(図示せず)を介して電気的に接続
されている。そして、これらの圧電磁器403も厚み方
向に分極されている。さらに、輪郭上に溝部411が形
成されている。
On the other hand, there is a step-down type piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-291773. FIG. 6 shows a configuration of a step-down type piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-291773. In FIG. 6, a portion indicated by 41 is a driving portion (high impedance portion), in which internal electrodes 406 and 407 (407 are not shown) and a piezoelectric ceramic 408 are laminated, and each internal electrode is connected to external electric terminals 404 and 405 ( (Not shown). These piezoelectric ceramics 408 are polarized in the thickness direction. The portion indicated by 42 is a power generation portion (low impedance portion), and the internal electrodes 401, 4
02 and the piezoelectric ceramic 403 are laminated, and the respective internal electrodes are electrically connected via external electric terminals 409 and 410 (not shown). These piezoelectric ceramics 403 are also polarized in the thickness direction. Further, a groove 411 is formed on the contour.

【0008】この圧電トランスは、駆動部41の厚さ方
向の縦振動に連動させて、発電部42の厚さ方向の振動
を発生させ、降圧された電圧を発生させるもので、駆動
部41の外部電気端子404と405を介して、駆動部
41に厚さ方向の1次または2次の共振周波数の交流電
圧を印加して、発電部42の外部電気端子409と41
0を介して、発電部42に降圧された電圧を発生するも
のである。また、本従来例の圧電トランスは、駆動時の
応力集中を緩和する目的で輪郭上に溝部411を形成し
ている。
The piezoelectric transformer generates vibration in the thickness direction of the power generation unit 42 in conjunction with vertical vibration in the thickness direction of the drive unit 41 to generate a stepped-down voltage. An AC voltage having a primary or secondary resonance frequency in the thickness direction is applied to the drive unit 41 via the external electric terminals 404 and 405, and the external electric terminals 409 and 41 of the power generation unit 42 are applied.
0 generates a stepped-down voltage in the power generation unit 42. Further, in the piezoelectric transformer of this conventional example, a groove 411 is formed on the contour for the purpose of reducing stress concentration during driving.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電トランスには次のような問題点があった。まず、従
来のローゼン型圧電トランスは、既に述べたように昇圧
型のものであり、入出力を逆にすれば降圧型に原理的に
はなるが、インピーダンスマッチング、変換効率の点で
問題があり、実用には供さない。
However, the conventional piezoelectric transformer has the following problems. First, the conventional Rosen-type piezoelectric transformer is a step-up type as described above, and if the input and output are reversed, it becomes a step-down type in principle, but there are problems in terms of impedance matching and conversion efficiency. , Not practical.

【0010】次に、特開平4−291773号公報にお
いて提案されている圧電トランスは、厚み縦振動を利用
したもので、駆動周波数が5〜20MHzと高すぎるた
め、駆動回路上に困難な点があり、実用化の点で問題が
ある。
Next, the piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-291773 uses thickness longitudinal vibration, and has a driving frequency of 5 to 20 MHz, which is too high, and thus has a difficulty in a driving circuit. Yes, there is a problem in practical application.

【0011】また、溝部が振動方向に対し垂直な方向に
形成されていることから、剥がれる方向にあり、繰り返
し振動に対して耐久性に問題がある。
Further, since the groove is formed in a direction perpendicular to the vibration direction, the groove is in a peeling direction, and there is a problem in durability against repeated vibration.

【0012】さらに、降圧用として圧電トランスを用い
た場合、大電流が流れることによる圧電トランスの発熱
ということが大きな問題の一つとなるが、上述した従来
例では何ら考慮されていない。
Furthermore, when a piezoelectric transformer is used for step-down, heat generation of the piezoelectric transformer due to the flow of a large current is one of the major problems. However, the above-mentioned conventional example does not consider it at all.

【0013】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
ものであり、第1に、駆動周波数が低く、駆動回路など
の実用化において問題がない圧電トランスの提供を目的
とする。第2に、発熱に対する有効な対策が施されてい
る圧電トランスの提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its first object to provide a piezoelectric transformer having a low driving frequency and having no problem in practical use of a driving circuit and the like. Second, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric transformer in which effective measures against heat generation are taken.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の圧電トランスは、複数の内部電極と
圧電磁器層とが交互に積層され、互いに隣接する前記圧
電磁器層が厚み方向に相互に逆向きに分極されている積
層体から構成され、前記積層体の厚み方向に低インピー
ダンス部と高インピーダンス部とが配置されている圧電
トランスにおいて、前記積層体の面方向の中心側から端
縁側に向かって湾曲するように振動する振動モードを有
する構成としてある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric transformer in which a plurality of internal electrodes and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated, and the piezoelectric ceramic layers adjacent to each other are arranged in the thickness direction. In a piezoelectric transformer, which is composed of a laminate that is polarized in mutually opposite directions, and a low impedance portion and a high impedance portion are arranged in the thickness direction of the laminate, from the center side in the plane direction of the laminate. The configuration has a vibration mode that vibrates so as to bend toward the edge.

【0015】このような構成の発明によれば、従来の積
層型の圧電トランスと異なり、積層体を例えば平板状の
正方形とすることにより、積層体の面方向の中心側から
端縁側に向かって湾曲するように振動する。かかる振動
モードは、共振周波数が低く、従って、駆動周波数を低
くすることができる。
According to the invention having such a configuration, unlike the conventional laminated type piezoelectric transformer, the laminated body is formed, for example, as a flat plate-shaped square, so that the laminated body is moved from the center in the surface direction to the edge. Vibrates to bend. Such a vibration mode has a low resonance frequency, and therefore can reduce the driving frequency.

【0016】請求項2記載の圧電トランスは、請求項1
記載の圧電トランスにおいて、前記積層体の面方向に直
交する側の側面に面方向に沿って複数の溝部が形成され
ている構成としてある。
The piezoelectric transformer according to the second aspect is the first aspect of the invention.
The above-described piezoelectric transformer has a configuration in which a plurality of grooves are formed along a surface direction on a side surface orthogonal to a surface direction of the laminate.

【0017】このような構成の発明によれば、かかる溝
部が上記振動モードの振動により、溝部の形成方向と直
交する方向に積層体の側面が振動するため、溝部が空気
を扇ぐような状態で振動し、積層体の側面が冷却され
る。その結果、空冷効果により圧電トランスの発熱を抑
制できる。
According to the invention having such a configuration, the side face of the laminated body vibrates in a direction perpendicular to the direction in which the groove is formed by the vibration in the vibration mode, so that the groove is in a state of fanning the air. Vibrates and cools the sides of the laminate. As a result, heat generation of the piezoelectric transformer can be suppressed by the air cooling effect.

【0018】請求項3記載の圧電トランスは、請求項2
記載の圧電トランスにおいて、前記溝部に面方向に沿っ
てフィン部が設けられている構成としてある。このよう
な構成の発明によれば、フィン部の振動により、空冷効
果がより有効になり、圧電トランスの発熱を抑制するこ
とができる。
A third aspect of the present invention provides a piezoelectric transformer.
In the piezoelectric transformer described above, a fin portion is provided in the groove along a surface direction. According to the invention having such a configuration, due to the vibration of the fin portion, the air cooling effect becomes more effective, and the heat generation of the piezoelectric transformer can be suppressed.

【0019】請求項4記載の圧電トランスは、請求項3
記載の圧電トランスにおいて、前記フィン部が、幅の1
倍〜10倍の高さを有する構成としてある。このような
構成の発明によれば、フィン部をこのような薄型構造と
することで、振動により空気を扇ぐ効果が促進され、空
冷効果が促進され、圧電トランスの発熱を抑制すること
ができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric transformer.
3. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the fin portion has a width of one.
It is configured to have a height of 10 to 10 times. According to the invention having such a configuration, since the fin portion has such a thin structure, an effect of fanning air by vibration is promoted, an air cooling effect is promoted, and heat generation of the piezoelectric transformer can be suppressed.

【0020】請求項5記載の圧電トランスは、請求項1
〜4いずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記積層
体が、平板状の正方形である構成としてある。このよう
な構成の発明によれば、積層体の面方向の中心側から端
縁側に向かって湾曲するように振動する振動モードを実
現することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric transformer.
5. The piezoelectric transformer according to any one of items 1 to 4, wherein the laminate is a flat square. According to the invention having such a configuration, it is possible to realize a vibration mode in which the stacked body vibrates so as to bend from the center in the surface direction toward the edge.

【0021】請求項6記載の圧電トランスは、請求項1
〜4いずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記積層
体が、円盤形である構成としてある。このような構成の
発明によれば、積層体の面方向の中心側から端縁側に向
かって湾曲するように振動する振動モードを実現するこ
とができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric transformer.
5. The piezoelectric transformer according to any one of items 1 to 4, wherein the laminated body has a disk shape. According to the invention having such a configuration, it is possible to realize a vibration mode in which the stacked body vibrates so as to bend from the center in the surface direction toward the edge.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電トランスの実
施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本
発明の圧電トランスの一実施形態を示すもので、(a)
は斜視図、(b)は上面図、(c)は底面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the piezoelectric transformer according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the piezoelectric transformer according to the present invention.
Is a perspective view, (b) is a top view, and (c) is a bottom view.

【0023】この圧電トランス100は、内部電極11
1と圧電磁器層112を交互に積層した積層体113で
構成されている。この積層体113は、平板状の正方形
となっている。積層体113の厚み方向の図面上半分は
低インピーダンス部(発電部)120として、下半分は
高インピーダンス部(駆動部)130として構成されて
いる。
This piezoelectric transformer 100 has an internal electrode 11
1 and a laminated body 113 in which piezoelectric ceramic layers 112 are alternately laminated. The stacked body 113 is a flat square. The upper half of the laminate 113 in the thickness direction in the drawing is configured as a low impedance section (power generation section) 120 and the lower half is configured as a high impedance section (drive section) 130.

【0024】図1に示した圧電トランス100の低イン
ピーダンス部120の内部電極111には、積層体11
3の表面に形成されている2つの出力電極121が接続
されている。また、高インピーダンス部130の内部電
極111には、積層体113の表面に形成されている2
つの入力電極131が接続されている。
The internal electrode 111 of the low impedance section 120 of the piezoelectric transformer 100 shown in FIG.
3, two output electrodes 121 formed on the surface are connected. Further, the internal electrode 111 of the high impedance portion 130 has
One input electrode 131 is connected.

【0025】また、圧電トランス100の面方向と直交
する側の側面には、面方向と平行に複数の溝部140
が、積層体130の4つの側面全体に形成されている。
A plurality of grooves 140 are formed on the side surface of the piezoelectric transformer 100 on the side orthogonal to the surface direction.
Are formed on the entire four side surfaces of the laminate 130.

【0026】この溝部140の拡大図を図2に示す。内
部電極111間の圧電磁器層112の側面に例えばワイ
ヤーソーを用いて面方向と平行に数十μm程度の間隔を
置いて2本の溝部140が例えば50〜300μm程度
の深さで形成されていると共に、これらの溝部140の
間に幅が数十μm程度のフィン部141が立設されてい
る。フィン部141は、幅の1〜10倍の高さを有する
薄い板状体とすることが好ましい。
An enlarged view of the groove 140 is shown in FIG. Two grooves 140 are formed on the side surface of the piezoelectric ceramic layer 112 between the internal electrodes 111 at a depth of, for example, about 50 to 300 μm at intervals of about several tens of μm in parallel with the plane direction using, for example, a wire saw. In addition, a fin 141 having a width of about several tens μm is provided between these grooves 140. The fin 141 is preferably a thin plate having a height of 1 to 10 times the width.

【0027】この圧電トランス100の断面構造を図3
に示す。低インピーダンス部120の内部電極111
は、左右の2つの出力電極121と一つ置きに接続され
ており、高インピーダンス部130の内部電極111も
同様に図示しないが一つ置きに入力電極131に接続さ
れている。低インピーダンス部120の圧電磁器層11
2の厚みは高インピーダンス部130の圧電磁器層11
2の厚みより薄く、かつ、低インピーダンス部120の
積層数は高インピーダンス部130の積層数より多くな
っている。また、内部電極111を介して隣接する圧電
磁器層112は、厚み方向に互いに逆向きに分極されて
いる。
FIG. 3 shows a sectional structure of the piezoelectric transformer 100.
Shown in Internal electrode 111 of low impedance section 120
Are alternately connected to the two output electrodes 121 on the left and right, and the internal electrodes 111 of the high impedance section 130 are also connected to the input electrodes 131 every other, although not shown. Piezoelectric ceramic layer 11 of low impedance section 120
2 is the thickness of the piezoelectric ceramic layer 11 of the high impedance portion 130.
2 and the number of stacked low impedance portions 120 is greater than the number of stacked high impedance portions 130. Further, the piezoelectric ceramic layers 112 adjacent via the internal electrodes 111 are polarized in directions opposite to each other in the thickness direction.

【0028】この圧電トランス100は、扁平な四辺形
状であり、厚み方向に高インピーダンス部130と低イ
ンピーダンス部120が分離配置された構成になってい
る。そのため、入力電極131に交流電圧を印加する
と、高インピーダンス部130の圧電磁器層112が面
方向に収縮、拡張するため、図4に示すように、積層体
113の面方向の中心側から端縁側に向かって湾曲する
ように、言い換えれば、四辺形の中心軸から外側に向か
うモードで振動する。これにより、溝部140に形成さ
れているフィン部141は、撓み振動し、空気を扇ぐよ
うな動作で振動する。
The piezoelectric transformer 100 has a flat quadrilateral shape, and has a configuration in which a high impedance section 130 and a low impedance section 120 are separately arranged in the thickness direction. For this reason, when an AC voltage is applied to the input electrode 131, the piezoelectric ceramic layer 112 of the high impedance portion 130 contracts and expands in the plane direction, and thus, as shown in FIG. , In other words, in a mode going outward from the central axis of the quadrilateral. As a result, the fin portion 141 formed in the groove portion 140 bends and vibrates, and vibrates in an operation of fanning air.

【0029】すなわち、図2に示す溝部140のフィン
部141に矢印に示す如くたわみ振動を発生させること
によって、空冷効果により、圧電トランス100の発熱
を抑制することができ、これによってエネルギー変換効
率を向上させることが可能となる。
That is, by generating the bending vibration as shown by the arrow in the fin portion 141 of the groove portion 140 shown in FIG. 2, the heat generation of the piezoelectric transformer 100 can be suppressed by the air cooling effect, and the energy conversion efficiency can be reduced. It can be improved.

【0030】このような圧電トランス100によれば、
積層数を任意に変えることにより負荷のインピーダンス
マッチングに合わせて低インピーダンス化しやすく、ま
た、高インピーダンス部と低インピーダンス部を絶縁分
離した構成であることから安全上の問題もない。そし
て、振動モードとしては、面方向の中心側から端縁側に
向かって湾曲するように振動するという従来利用してい
ないモードを使うことにより、実用的な駆動周波数で駆
動できる。
According to such a piezoelectric transformer 100,
By changing the number of layers arbitrarily, it is easy to reduce the impedance in accordance with the impedance matching of the load, and there is no safety problem because the high impedance section and the low impedance section are insulated and separated. As a vibration mode, a mode that is not used conventionally, that is, vibrates so as to bend from the center side in the surface direction toward the edge side, can be driven at a practical drive frequency.

【0031】また、積層体113の側面に形成した溝部
140のフィン部141をこの振動に連動させてたわみ
振動させることにより、空冷効果を上げ、圧電トランス
100の発熱を抑制することができる。
Further, the fin 141 of the groove 140 formed on the side surface of the laminated body 113 is flexibly vibrated in conjunction with this vibration, so that the air cooling effect can be improved and the heat generation of the piezoelectric transformer 100 can be suppressed.

【0032】さらに、溝部140の形成方向が振動と同
一方向であることから、振動に伴う引っ張り応力が溝部
140に加わらないため、繰り返し振動に対する機械的
な信頼性が向上する。
Further, since the groove 140 is formed in the same direction as the vibration, no tensile stress due to the vibration is applied to the groove 140, so that the mechanical reliability against repeated vibration is improved.

【0033】[0033]

【実施例】(第1実施例)本発明の圧電トランスの第1
実施例について説明する。本発明の圧電トランスは、圧
電磁器材料としてネベック8(トーキン製)を用い、図
1に示した構成の圧電トランスをグリーンシート積層法
により作製した。また、内部電極は焼成タイプのAg/
Pdぺ一スト(Ag/Pd比が70/30)を用い、圧
電磁器のグリーンシート上に、所定のパターンでスクリ
ーン印刷した後、積層し、圧電磁器とともに温度120
0℃、キープ時間2時間の条件で一体焼成することによ
り形成した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment)
An example will be described. The piezoelectric transformer of the present invention was produced by using a green sheet laminating method of the piezoelectric transformer having the configuration shown in FIG. 1 using Nevek 8 (manufactured by Tokin) as a piezoelectric ceramic material. The internal electrode is made of a baked Ag /
Using Pd @ 1st (Ag / Pd ratio is 70/30), screen printing is performed on a green sheet of the piezoelectric ceramic in a predetermined pattern, and then laminated, and the temperature is set to 120 with the piezoelectric ceramic.
It was formed by integrally firing at 0 ° C. and a keeping time of 2 hours.

【0034】ここでは、圧電磁器と内部電極の材料とし
てPZT系圧電磁器およびAg/Pdを用いたが、圧電
性を有する圧電材料およびこれと一体焼成可能な電極材
料であれば他の組み合わせても動作することは言うまで
もない。
Here, the PZT-based piezoelectric ceramic and Ag / Pd are used as the material of the piezoelectric ceramic and the internal electrode. However, other combinations of piezoelectric materials having piezoelectricity and electrode materials which can be fired integrally therewith may be used. Needless to say, it works.

【0035】積層の構成としては、駆動部130につい
ては、圧電磁器7層、内部電極層6層で、内部電極11
1間の厚みは300μmであり、発電部120について
は、圧電磁器35層、内部電極層34層で、内部電極1
11間の厚みは100μmである。
As for the lamination structure, the driving section 130 includes seven piezoelectric ceramic layers and six internal electrode layers,
1 is 300 μm, and for the power generation unit 120, 35 layers of piezoelectric ceramics, 34 layers of internal electrode layers,
The thickness between 11 is 100 μm.

【0036】次に、焼成後、一辺24mmの正方形で厚
み6mmの寸法に加工した後、ワイヤーソーを用いて、
側面上に深さ150μm、幅50μmの溝部140を形
成するとともに幅30μm、高さ150μmのフィン部
141を形成した。そして、焼成タイプのAg/Pdぺ
一ストを入力電極、出力電極となる位置に印刷後、温度
700℃、キープ時間15分の条件で焼成することによ
り、入力電極131、131および出力電極121、1
21を形成した。
Next, after firing, it was processed into a square having a side of 24 mm and a thickness of 6 mm.
A groove 140 having a depth of 150 μm and a width of 50 μm was formed on the side surface, and a fin 141 having a width of 30 μm and a height of 150 μm was formed. Then, after printing the firing type Ag / Pd cost at the position to be the input electrode and the output electrode, firing is performed at a temperature of 700 ° C. and a keeping time of 15 minutes, so that the input electrodes 131 and 131 and the output electrode 121 1
21 was formed.

【0037】その次に、分極治具を用いて、温度100
〜200℃のシリコーンオイル中において、電界を2〜
3kV/mm印加して、駆動部130および発電部12
0をそれぞれ分極した。
Then, using a polarization jig, a temperature of 100
An electric field of 2 to 200 ° C. in silicone oil
By applying 3 kV / mm, the driving unit 130 and the power generation unit 12
0 were respectively polarized.

【0038】この結果得られた圧電トランスに10Ωを
負荷として、駆動周波数70kHzで電圧を印加し、径
方向の共振の1次モードで駆動してトランス特性を評価
したところ、出力電力20Wで、エネルギー変換効率9
7%、変成比が0.25であった。
A voltage was applied to the obtained piezoelectric transformer with a load of 10Ω at a driving frequency of 70 kHz, and the transformer was driven in a primary mode of radial resonance. The transformer characteristics were evaluated. Conversion efficiency 9
The conversion ratio was 7% and the conversion ratio was 0.25.

【0039】これに対し、溝部を形成しない場合は、出
力電力が20Wで、エネルギー変換効率が91〜95%
であった。これは、駆動に伴って溝部140のフィン部
141にたわみ振動が発生して空冷され、発熱が抑制さ
れたことによるもので、本発明の圧電トランスは、溝部
を形成しないものより変換効率が優れていることがわか
る。
On the other hand, when the groove is not formed, the output power is 20 W and the energy conversion efficiency is 91 to 95%.
Met. This is because the fin 141 of the groove 140 is flexibly vibrated due to driving and is cooled by air, thereby suppressing heat generation. The piezoelectric transformer of the present invention has a higher conversion efficiency than that without the groove. You can see that it is.

【0040】(第2実施例)次に、本発明の圧電トラン
スの第2実施例について説明する。第2実施例は溝部1
40の形状変更に関するものである。第1実施例では、
溝部140の形状を深さ150μm、幅50μmで、フ
ィン部141の幅を30μm、高さを150μmとした
が、第2実施例では、溝部140の深さを100μmと
した。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the piezoelectric transformer of the present invention will be described. In the second embodiment, the groove 1 is used.
40 relates to a shape change. In the first embodiment,
The shape of the groove 140 was 150 μm in depth and 50 μm in width, and the width of the fin 141 was 30 μm and the height was 150 μm. In the second embodiment, the depth of the groove 140 was 100 μm.

【0041】このようにして得られた圧電トランスを第
1実施例と同様に分極した後、10Ωを負荷にして電圧
を印加し、第1実施例と同様にトランス特性を評価した
ところ、出力電力20Wで、エネルギー変換効率98
%、変成比が0.25であった。
After the obtained piezoelectric transformer was polarized in the same manner as in the first embodiment, a voltage was applied with a load of 10Ω, and the transformer characteristics were evaluated in the same manner as in the first embodiment. 20W, energy conversion efficiency 98
%, And the metamorphic ratio was 0.25.

【0042】本実施例では、たわみ振動の周波数が、第
1実施例のものに対し1.5倍高くなった結果、冷却効
果がさらにアップした。
In this embodiment, the frequency of the flexural vibration is 1.5 times higher than that of the first embodiment, so that the cooling effect is further improved.

【0043】このように、本発明の圧電トランスは、従
来にない面方向の中心軸から外側に向かうモードで振動
する構成とし、この圧電トランスの側面上にフィンを有
する溝部を形成して、圧電トランスの振動に連動して溝
部のフィンにたわみ振動を発生させ、これにより冷却す
ることにより、エネルギー変換効率を十分高くできる。
また、溝部が振動方向と同一の方向に形成された構成に
することにより、振動に伴う引っ張り応力が溝部に加わ
らないため、繰り返し振動に伴う機械的強度の信頼性が
向上する。
As described above, the piezoelectric transformer of the present invention vibrates in a mode that extends outward from the center axis in the plane direction, which has not existed in the past, and a groove having fins is formed on the side surface of the piezoelectric transformer, thereby forming a piezoelectric transformer. By generating flexural vibration in the fin of the groove in conjunction with the vibration of the transformer and cooling by this, the energy conversion efficiency can be sufficiently increased.
In addition, since the groove is formed in the same direction as the vibration direction, tensile stress due to vibration is not applied to the groove, so that the reliability of mechanical strength due to repeated vibration is improved.

【0044】上記実施形態、実施例では、積層体の形状
は板状の四辺形となっているが、その他の形状、例えば
円盤状は、振動モードから好ましい形状であり、四辺形
に限定されるものではない。また、本発明の圧電トラン
スは昇圧型とすることも可能であり、降圧型に限定され
るものではない。
In the above-described embodiments and examples, the shape of the laminated body is a plate-like quadrilateral, but other shapes, for example, a disk-like shape are preferable shapes from the vibration mode, and are limited to quadrilaterals. Not something. Further, the piezoelectric transformer of the present invention can be of a step-up type, and is not limited to a step-down type.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電トラ
ンスによれば、複数の内部電極と圧電磁器層とが交互に
積層された積層体を、例えば平板状の四辺形とすること
により、積層体の面方向の中心側から端縁側に向かって
湾曲するように振動する振動モードを有する圧電トラン
スとすることができる。そのため、低インピーダンス化
しやすく、また、実用的な駆動周波数で駆動できる。
As described above, according to the piezoelectric transformer of the present invention, a laminate in which a plurality of internal electrodes and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated is formed into, for example, a flat quadrilateral. A piezoelectric transformer having a vibration mode that vibrates so as to bend from the center in the planar direction of the laminate toward the edge can be obtained. Therefore, the impedance can be easily reduced, and the driving can be performed at a practical driving frequency.

【0046】また、積層体の側面に溝部を設け、その溝
部にフィン部を設けることにより、上記振動モードによ
りフィン部が撓み振動するため、冷却効果に優れ、エネ
ルギー変換効率を高くすることができる。
Further, by providing a groove on the side surface of the laminated body and providing a fin in the groove, the fin flexes and vibrates in the above vibration mode, so that the cooling effect is excellent and the energy conversion efficiency can be increased. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の圧電トランスの一実施形態を示すもの
で、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は底面図
である。
1A and 1B show an embodiment of a piezoelectric transformer according to the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a top view, and FIG. 1C is a bottom view.

【図2】本発明の圧電トランスの溝部を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing a groove of the piezoelectric transformer of the present invention.

【図3】本発明の圧電トランスの一実施形態の断面構造
を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a sectional structure of one embodiment of the piezoelectric transformer of the present invention.

【図4】本発明の圧電トランスの振動モードの一つを示
す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing one of the vibration modes of the piezoelectric transformer of the present invention.

【図5】従来の圧電トランスを示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a conventional piezoelectric transformer.

【図6】従来の圧電トランスを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a conventional piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 圧電トランス 111 内部電極 112 圧電磁器層 113 積層体 120 低インピーダンス部(発電部) 121 出力電極 130 高インピーダンス部(駆動部) 131 入力電極 140 溝部 141 フィン部 REFERENCE SIGNS LIST 100 piezoelectric transformer 111 internal electrode 112 piezoelectric ceramic layer 113 laminated body 120 low impedance section (power generation section) 121 output electrode 130 high impedance section (drive section) 131 input electrode 140 groove section 141 fin section

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の内部電極と圧電磁器層とが交互に
積層され、互いに隣接する前記圧電磁器層が厚み方向に
相互に逆向きに分極されている積層体から構成され、前
記積層体の厚み方向に低インピーダンス部と高インピー
ダンス部とが配置されている圧電トランスにおいて、 前記積層体の面方向の中心側から端縁側に向かって湾曲
するように振動する振動モードを有することを特徴とす
る圧電トランス。
1. A laminated body in which a plurality of internal electrodes and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated, and said piezoelectric ceramic layers adjacent to each other are polarized in directions opposite to each other in a thickness direction. In a piezoelectric transformer in which a low impedance portion and a high impedance portion are arranged in a thickness direction, the piezoelectric transformer has a vibration mode that vibrates so as to bend from a center side in a plane direction of the laminated body toward an edge side. Piezo transformer.
【請求項2】 請求項1記載の圧電トランスにおいて、 前記積層体の面方向に直交する側の側面に面方向に沿っ
て複数の溝部が形成されていることを特徴とする圧電ト
ランス。
2. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein a plurality of grooves are formed along a surface direction on a side surface orthogonal to a surface direction of the laminated body.
【請求項3】 請求項2記載の圧電トランスにおいて、 前記溝部に面方向に沿ってフィン部が設けられているこ
とを特徴とする圧電トランス。
3. The piezoelectric transformer according to claim 2, wherein a fin portion is provided in the groove along a surface direction.
【請求項4】 請求項3記載の圧電トランスにおいて、 前記フィン部が、幅の1倍〜10倍の高さを有すること
を特徴とする圧電トランス。
4. The piezoelectric transformer according to claim 3, wherein the fin has a height of 1 to 10 times the width.
【請求項5】 請求項1〜4いずれかに記載の圧電トラ
ンスにおいて、 前記積層体が、平板状の正方形であることを特徴とする
圧電トランス。
5. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the laminate is a flat square.
【請求項6】 請求項1〜4いずれかに記載の圧電トラ
ンスにおいて、 前記積層体が、円盤形であることを特徴とする圧電トラ
ンス。
6. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the laminated body has a disk shape.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007029393A1 (en) 2007-06-26 2009-01-22 Epcos Ag Transformer arrangement has piezoelectric transformer and thermoelectric components coupled in transformer, and thermoelectric components are electrically controlled

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