JP2000352744A - コンデンサ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で小型かつ軽量な低コストのコン
デンサ充電装置を提供する。 【解決手段】 圧電トランス１２は、圧電体１３、入力
側外部電極１４，グランド側外部電極１５および出力外
部電極１６を有する。入力側外部電極１４とアースとの
間には交流電源１１が接続されて、グランド側外部電極
１５は接地され、出力外部電極１６は整流用ダイオード
Ｄ１のカソードと整流用ダイオードＤ２のアノードとに
接続されている。整流用ダイオードＤ１はアノードが接
地されており、整流用ダイオードＤ２のカソードとアー
スとの間には抵抗ＲとメインコンデンサＣが並列に接続
されている。圧電トランス１２は、ローゼン型圧電トラ
ンスであり、その二次側発電部の長さが全長の２／１０
以上４／１０以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンデンサ充電装
置、特に、カメラのストロボ装置等に用いられるコンデ
ンサ充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラのストロボ装置としては種々のも
のが周知である。例えば、従来のこの種のカメラのスト
ロボ装置の一例を図８に示す。該ストロボ装置３０は、
発振トランス３１とトランジスタ３２とにより電池３３
（直流電源）から電流が供給されて発振する発振回路３
４を構成し、該発振回路３４の発振出力を前記発振トラ
ンス３１の二次巻線３１ｓで昇圧して交流高電圧を発生
させ、さらにそれをダイオード３５で整流して直流に変
換し、得られた直流高電圧でコンデンサ３６を充電す
る、いわゆるＤＣ−ＤＣコンバータからなるコンデンサ
充電装置３７を備えている。コンデンサ３６の両端には
ストロボ放電管３８が接続されており、シンクロスイッ
チ３９がオンすると圧電トランス４１で発生されるトリ
ガ電圧がストロボ放電管３８のトリガ電極３８ｔに印加
され、ストロボ放電管３８がストロボ発光する。

【０００３】発振トランス３１としては、コア部材４２
に一次巻線３１ｐ、二次巻線３１ｓおよび帰還巻線３１
ｆを巻装してなる巻線タイプのものが使用されており、
その典型的なサイズは８ｍｍ×８ｍｍ×８ｍｍ程度で、
８０〜３００μＦの静電容量を有するコンデンサ３６を
３００ボルトまで充電するのに要する時間は約５秒であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のコン
デンサ充電装置３７は、巻線タイプの発振トランス３１
を用いてコンデンサ３６を充電するための高電圧を発生
させている。しかし、このような巻線タイプの発振トラ
ンス３１は、コア部材４２に一次巻線３１ｐ、二次巻線
３１ｓおよび帰還巻線３１ｆを巻装した構成を有してい
るので形状が大きくなる。このため、従来のコンデンサ
充電装置３７では、カメラのストロボ装置に占めるスペ
ースの割合が大きくなり、カメラの小型および軽量化の
要求に対応するのが困難であるという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、構造が簡単で小型かつ軽
量のコンデンサ充電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本発明に係るコンデンサ充電装置は、交流
電圧を昇圧する昇圧手段の出力を整流してコンデンサを
充電するコンデンサ充電装置であって、前記昇圧手段が
圧電トランスから構成されていることを特徴とする。

【０００７】圧電トランスは、その圧電体の圧電効果に
より、印加された交流電圧を昇圧して交流高電圧を発生
させる。この交流高電圧は整流されて直流高電圧に変換
され、コンデンサを充電する。

【０００８】このとき、圧電トランスをローゼン型圧電
トランスとし、その二次側発電部の長さを全長の２／１
０以上４／１０以下とすることにより、コンデンサの静
電容量が例えば８０〜３００μＦのときに、前記コンデ
ンサを５秒以内で３００ボルトまで充電することができ
る。

【０００９】また、圧電トランスとして積層型圧電トラ
ンスを使用したり、あるいは、圧電トランスの圧電体の
振動モードを二次モードとすることにより、入力電圧と
出力電圧との変成比が大きくなり、低入力電圧で高い出
力電圧を得ることができ、コンデンサの充電時間がより
短くなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るコンデンサ充
電装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明
する。

【００１１】本発明に係るコンデンサ充電装置の一つの
実施形態の構成を図１に示す。該コンデンサ充電装置１
０は、交流電源１１、圧電トランス１２、整流用ダイオ
ードＤ１，Ｄ２、抵抗ＲおよびメインコンデンサＣによ
り構成されている。圧電トランス１２は、圧電体１３、
入力外部電極１４，グランド外部電極１５および出力外
部電極１６を有している。入力外部電極１４とアースと
の間には交流電源１１が接続されている。また、グラン
ド外部電極１５は接地され、出力外部電極１６は整流用
ダイオードＤ１のカソードと整流用ダイオードＤ２のア
ノードとに接続されている。整流用ダイオードＤ１はそ
のアノードが接地されており、整流用ダイオードＤ２の
カソードとアースとの間には抵抗ＲとコンデンサＣが並
列に接続されている。

【００１２】圧電トランス１２はローゼン型圧電トラン
スであって、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系等のセ
ラミックスのグリーンシートをドクタブレード法により
製作し、このグリーンシート上にそれぞれスクリーン印
刷法等の手法を用いて図３および図４に示すホット側内
部電極２１やグランド側内部電極２２を形成し、これら
グリーンシートを積層して圧着し、焼結したものを四角
形状に切断して研磨し、後述するようにして分極処理し
た圧電体１３を有している。圧電体１３には、図２〜図
４に示すように、入力外部電極１４、グランド外部電極
１５および出力外部電極１６が形成されている。これら
外部電極１４〜１６は銀焼付け等の手法により形成され
る。入力外部電極１４はホット側内部電極２１に電気的
に接続され、グランド外部電極１５はグランド側内部電
極２２に電気的に接続されている。

【００１３】圧電体１３は、その外部電極１４〜１６に
所定のバイアス電圧を印加することにより分極処理が行
われている。これにより、圧電体１３は、図３および図
４に示すように、その一側の一次側駆動部２３はグリー
ンシートの積層方向に対して平行な方向Ｐ１，Ｐ２に分
極されており、その他側の二次側発電部２４は積層方向
に対して垂直な方向Ｐ３に分極されている。二次側発電
部２４は、その長さＬｓが圧電体１３の全長Ｌｔの２／
１０以上４／１０以下となるように設定される。

【００１４】圧電トランス１２は、入力外部電極１４と
グランド外部電極１５との間に、圧電体１３の長手方向
の固有共振周波数の二倍の周波数を有する交流電圧が印
加されると、圧電体１３は長手方向に二次の振動モード
で振動する。これにより、二次側発電部２４では、圧電
効果により電荷が発生し、出力外部電極１６とグランド
外部電極１５との間に出力電圧が生じる。

【００１５】このように、圧電トランス１２は、圧電体
１３の圧電効果を利用して交流電圧を昇圧するので、コ
ンデンサＣ（図１参照）を充電するための高電圧を発生
するのにコアや巻線を有する発振トランスが不要にな
る。特に、前記のように、圧電体１３が積層構造を有し
て二次の振動モードで振動する圧電トランス１２では昇
圧比が大きくなるので、低入力電圧に対応することがで
きる。また、二次側発電部２４の長さＬｓを圧電体１３
の全長Ｌｔの２／１０以上４／１０以下となるように設
定することにより、コンデンサＣの静電容量が８０〜３
００μＦのときに、５秒以内でコンデンサＣを３００ボ
ルトまで充電することができる。

【００１６】なお、本発明は上記実施形態に限定するも
のではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することが
できる。特に、前記実施形態では、圧電トランス１２は
外部電極１５をグランド外部電極としているが、必ずし
もこれに限るものではなく、外部電極１４をグランド外
部電極とし、外部電極１５を入力外部電極として用いて
もよい。さらに、圧電トランス１２の二次側発電部２４
の分極方向を前記実施形態とは逆方向にしてもよい。

【００１７】

【実施例１】ストロボ装置のメインコンデンサに電圧を
充電するまでに要する時間は、圧電トランス１２の二次
側発電部２４で発生した電荷をメインコンデンサに運ぶ
単位時間当たりの回数に関係する。つまり、圧電トラン
ス１２の駆動周波数が高くなるにつれて充電時間は短く
なる。ところで、駆動周波数を高くする方法として、圧
電体１３の全長Ｌｔを短くする方法と、圧電体１３を二
次の振動モードで振動させる方法の２種類が考えられ
る。そこで、グリーンシートの積層数が１２枚で、対向
する一次側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーン
シートの枚数が３枚、二次側発電部２４の長さＬｓが圧
電体１３の全長Ｌｔの４／１０、かつ、圧電体１３の全
長Ｌｔ及び圧電体１３の振動モードが以下の表１の条件
を満足する圧電トランス１２の試料Ａ〜Ｄを作成した。

【００１８】そして、この試料Ａ〜Ｄの圧電体１３の共
振周波数付近で入力周波数または入力電圧を変化させ、
１０５μＦのメインコンデンサＣの充電電圧が３００ボ
ルトに達するまでの時間を測定した。その結果を表１に
示す。表１において、×印は充電電圧が３００ボルトに
達しなかったことを示す。表１から、圧電トランス１２
の圧電体１３の長さＬｔを短くするより振動モードを二
次モードにする方が、入力電圧を低くでき、かつ、充電
時間も短くすることができることが分かる。また、振動
モードを三次モード以上にすると、効率が低下し、圧電
トランス１２が発熱した。なお、測定に際し、試料Ａ〜
Ｄの圧電体１３の長手方向端面における振動速度が０．
６ｍ／秒となるようにした。大振幅での発熱増加による
デポールや応力過多による圧電体１３の破壊を防止する
ためである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【実施例２】一次側駆動部２３の長さと二次側発電部２
４の長さＬｓとの比率を異ならせた圧電トランス１２の
試料を数種類用意し、１０５μＦのメインコンデンサＣ
の充電電圧が３００ボルトに達するまでの時間を測定し
た。その結果を図５に示す。ところで、カメラのストロ
ボ装置は、目安として、約５秒に１回の割合で連続して
シャッタを切った場合にストロボが追随して点灯するこ
とが要求される。そこで、この条件を考慮して図５のグ
ラフを見ると、充電時間が５秒となる１次側駆動部２３
と二次側発電部２４との長さの比率の範囲は、６：４〜
８：２である。つまり、圧電トランス１２の二次側発電
部２４を、その長さＬｓが圧電体１３の全長Ｌｔの２／
１０以上４／１０以下となるように設定することによ
り、５秒以内でメインコンデンサＣ（通常、カメラのス
トロボ装置のメインコンデンサＣの静電容量は８０〜３
００μＦである）を３００ボルトまで充電することがで
きる。

【００２１】

【実施例３】グリーンシートの積層数が１５枚で、対向
する一次側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーン
シートの枚数が４枚、圧電体１３の長さが２０ｍｍ、二
次側発電部２４の長さＬｓが圧電体１３の全長Ｌｔの４
／１０および５／１０の試料Ｅ，Ｆをそれぞれ作成し、
これら試料Ｅ，Ｆを入力周波数を１５９ＫＨｚとし、か
つ、二次振動モードで振動させ、圧電体の長手方向端面
の振動速度が０．６ｍ／秒、０．８ｍ／秒及び１．０ｍ
／秒となるように入力電圧を変化させたときの、１０５
μＦのコンデンサＣを３００ボルトまで充電するのに要
する時間、１０秒毎に自由放電を１０回繰り返したとき
の圧電トランス１２の表面温度上昇をそれぞれ測定し
た。その結果を次の表２に示す。これにより、二次側発
電部２４の長さＬｓが圧電体１３の全長Ｌｔの４／１０
の試料Ｅは、５／１０の試料Ｆに比較して、振動速度が
０．６ｍ／秒のときに、入力電圧が低く、充電時間が短
く、しかも表面温度も低くなることが分かる。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【実施例４】圧電体１３の全長Ｌｔが２０ｍｍ、二次側
発電部２４の長さＬｓが圧電体１３の全長Ｌｔの４／１
０、そして、圧電体１３の振動モードを二次モードと
し、圧電トランス１２の厚みを同じにするためグリーン
シートの積層数及び対向する一次側駆動部２３の内部電
極２１，２２間グリーンシートの枚数を以下のようにし
た試料Ｇ〜Ｌを作成した。 試料Ｇ：グリーンシートの積層数が１５枚、対向する一
次側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーンシート
の枚数４枚 試料Ｈ：グリーンシートの積層数が１０枚、対向する一
次側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーンシート
の枚数６枚 試料Ｉ：グリーンシートの積層数が６枚、対向する一次
側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーンシートの
枚数１０枚 試料Ｊ：グリーンシートの積層数が３枚、対向する一次
側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーンシートの
枚数２０枚 試料Ｋ：グリーンシートの積層数が２枚、対向する一次
側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーンシートの
枚数３０枚 試料Ｌ：グリーンシートの積層数が１枚、対向する一次
側駆動部２３の内部電極２１，２２間グリーンシートの
枚数６０枚

【００２４】そして、これら試料Ｇ〜Ｌの各々につい
て、圧電体１３の長手方向端面の振動速度が０．６ｍ／
秒になるように、共振周波数付近で入力周波数および入
力電圧を変化させ、１０５μＦのコンデンサを３００ボ
ルトまで充電するのに要する時間および入力電圧を測定
した。その結果を図６および図７に示す。図６の結果か
ら、一次側駆動部２３の層数が少ないサンプルＬおよび
サンプルＥでは充電時間が若干長いことが分かる。ま
た、図７の結果から、グリーンシートの積層数を増やす
と、圧電体１３の長手方向端面の振動速度が０．６ｍ／
秒になる入力電圧の値が低くなることが分かる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、圧電体の圧電効果を利用して交流電圧を昇
圧することができる圧電トランスを用いて、コンデンサ
を充電するための高電圧を発生するようにしたので、コ
アや巻線を有する発振トランスが不要になり、構造が簡
単であり小型で低コストのコンデンサ充電装置を得るこ
とができる。

【００２６】また、本発明によれば、圧電トランスをロ
ーゼン型圧電トランスとし、その二次側発電部の長さを
全長の２／１０以上４／１０以下とすることにより、低
入力電圧で高い出力電圧を得ることができ、圧電トラン
スの表面温度の上昇を抑えながらコンデンサの充電時間
を短くすることができる。従って、このコンデンサ充電
装置を、カメラのストロボ装置に適用することにより、
小型で充電時間の短いストロボ装置を実現することがで
きる。また、圧電トランスとして積層型圧電トランスを
使用したり、あるいは、圧電体の振動モードを二次モー
ドとすることにより、コンデンサの充電時間をより短く
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンデンサ充電装置の一つの実施
形態の構成を示す説明図。

【図２】図１のコンデンサ充電装置の圧電トランスの構
成を示す斜視図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図。

【図５】圧電トランスの一次側駆動部の長さと二次側発
電部の長さとの比率に対する充電時間の関係を示すグラ
フ。

【図６】圧電トランスのグリーンシートの積層枚数に対
する充電時間の関係を示すグラフ。

【図７】圧電トランスのグリーンシートの積層枚数に対
する入力電圧の関係を示すグラフ。

【図８】従来のコンデンサ充電装置の回路図。

【符号の説明】

１０…コンデンサ充電装置 １１…交流電源 １２…圧電トランス １３…圧電体 １４…入力外部電極 １５…グランド外部電極 １６…出力外部電極 ２１…ホット側内部電極 ２２…グランド側内部電極 ２３…一次側駆動部 ２４…二次側発電部 Ｄ１，Ｄ２…整流用ダイオード Ｃ…メインコンデンサ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H053 BA00 BA01 BA05 3K098 AA09 AA17 5H730 AA15 AS17 AS18 BB21 EE02 ZZ19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を昇圧する昇圧手段の出力を整
   流してコンデンサを充電するコンデンサ充電装置であっ
   て、 前記昇圧手段が圧電トランスから構成されていることを
   特徴とするコンデンサ充電装置。
2. 【請求項２】 前記圧電トランスがローゼン型圧電トラ
   ンスであり、その二次側発電部の長さが全長の２／１０
   以上４／１０以下であることを特徴とする請求項１に記
   載のコンデンサ充電装置。
3. 【請求項３】 前記圧電トランスが積層型圧電トランス
   であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のコンデンサ充電装置。
4. 【請求項４】 前記圧電トランスの圧電体の振動モード
   が二次モードであることを特徴とする請求項１ないし請
   求項３に記載のコンデンサ充電装置。