JP2001044527A - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランスInfo
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- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】不要振動によるスプリアスの影響を受けにく
く、昇降圧比の高い圧電トランスを提供することにあ
る。 【解決手段】長方形板状をなし、その長さ方向両端面に
電極が形成されて長さ方向に分極された第一の圧電基板
1と、この第一圧電基板と平面視同形をなし、両側主面
に電極が形成されて厚さ方向に分極された第二の圧電基
板2a、2bとを備えた圧電トランスにおいて、前記第
二圧電基板2a、2bは、第一圧電基板1の上下に各々
それら圧電基板と平面視同形の低誘電率基板3a、3b
を介して積層されており、第一圧電基板及び第二圧電基
板の一方を駆動部、他方を発電部とし、低誘電率基板を
絶縁層としたことを特徴とする。
く、昇降圧比の高い圧電トランスを提供することにあ
る。 【解決手段】長方形板状をなし、その長さ方向両端面に
電極が形成されて長さ方向に分極された第一の圧電基板
1と、この第一圧電基板と平面視同形をなし、両側主面
に電極が形成されて厚さ方向に分極された第二の圧電基
板2a、2bとを備えた圧電トランスにおいて、前記第
二圧電基板2a、2bは、第一圧電基板1の上下に各々
それら圧電基板と平面視同形の低誘電率基板3a、3b
を介して積層されており、第一圧電基板及び第二圧電基
板の一方を駆動部、他方を発電部とし、低誘電率基板を
絶縁層としたことを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に用
いられるACアダプタやDC−DCコンバータ、および
ノートパソコン、携帯用端末等に使用される液晶ディス
プレイ用のバックライト冷陰極管のインバータ等に用い
られる圧電トランスに関する。
いられるACアダプタやDC−DCコンバータ、および
ノートパソコン、携帯用端末等に使用される液晶ディス
プレイ用のバックライト冷陰極管のインバータ等に用い
られる圧電トランスに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化に関し、電源回
路の小型化は重要な課題の一つであり、電源回路内の高
周波による小型化が図られている。
路の小型化は重要な課題の一つであり、電源回路内の高
周波による小型化が図られている。
【0003】従来のスイッチング電源では、変圧器とし
て電磁誘導を原理とする電磁トランスを用いるが、高周
波下での電磁トランスは、ヒステリシス損、渦電流損お
よび表皮効果による損失が増大するという問題があっ
た。
て電磁誘導を原理とする電磁トランスを用いるが、高周
波下での電磁トランスは、ヒステリシス損、渦電流損お
よび表皮効果による損失が増大するという問題があっ
た。
【0004】さらに、電磁トランス自身の小型化、薄型
化は、巻線の極細線多数巻による銅損、磁器結合の低下
および漏れ磁束の増加を招き、いずれも電源回路の効率
を大きく下げる原因となっていた。さらにまた、巻線に
よる電磁ノイズの発生などの問題があった。
化は、巻線の極細線多数巻による銅損、磁器結合の低下
および漏れ磁束の増加を招き、いずれも電源回路の効率
を大きく下げる原因となっていた。さらにまた、巻線に
よる電磁ノイズの発生などの問題があった。
【0005】一方、圧電トランスは圧電効果を原理と
し、電磁トランスと比べて、小型化してもエネルギー密
度が高く、かつ巻線を用いないため電磁ノイズが少ない
などの長所がある。
し、電磁トランスと比べて、小型化してもエネルギー密
度が高く、かつ巻線を用いないため電磁ノイズが少ない
などの長所がある。
【0006】図6に、従来のローゼン型圧電トランスを
示す。このローゼン型圧電トランスは、長方形板状圧電
基板101の長手方向のほぼ半分を1次側とし、厚み方
向に電極102、103が形成され、長手方向の残るほ
ぼ半分を2次側とし、端面に電極104が形成されて構
成されている。1次側は厚み方向に分極され、2次側は
長手方向に分極されている。圧電トランスの1次側は圧
電基板101の制動容量が大きいため低インピーダンス
であり、2次側は制動容量が小さいため高インピーダン
スである。
示す。このローゼン型圧電トランスは、長方形板状圧電
基板101の長手方向のほぼ半分を1次側とし、厚み方
向に電極102、103が形成され、長手方向の残るほ
ぼ半分を2次側とし、端面に電極104が形成されて構
成されている。1次側は厚み方向に分極され、2次側は
長手方向に分極されている。圧電トランスの1次側は圧
電基板101の制動容量が大きいため低インピーダンス
であり、2次側は制動容量が小さいため高インピーダン
スである。
【0007】そして、2次側の電極104と1次側の電
極102(あるいは103)に負荷抵抗を接続し、圧電
トランスの1次側の電極102、103間に、圧電基板
101の長さで決まる圧電トランスの共振周波数あるい
はその近傍の周波数の交流電圧を印加すると、逆圧電効
果により長さ方向に強い機械的振動を励起し、これによ
り電極104に圧電効果によって電荷が発生し、2次側
の電極104と1次側の電極102(あるいは103)
間に電圧が得られる。
極102(あるいは103)に負荷抵抗を接続し、圧電
トランスの1次側の電極102、103間に、圧電基板
101の長さで決まる圧電トランスの共振周波数あるい
はその近傍の周波数の交流電圧を印加すると、逆圧電効
果により長さ方向に強い機械的振動を励起し、これによ
り電極104に圧電効果によって電荷が発生し、2次側
の電極104と1次側の電極102(あるいは103)
間に電圧が得られる。
【0008】このローゼン型圧電トランスは、2次側の
制動容量にもよるが、一般に使用される範囲として、負
荷抵抗が10KΩ以上の高インピーダンスであれば、昇
圧用の圧電トランスとして、一方、負荷が10KΩ未満
の低インピーダンスであれば降圧用の圧電トランスとし
て動作する。
制動容量にもよるが、一般に使用される範囲として、負
荷抵抗が10KΩ以上の高インピーダンスであれば、昇
圧用の圧電トランスとして、一方、負荷が10KΩ未満
の低インピーダンスであれば降圧用の圧電トランスとし
て動作する。
【0009】一方、負荷抵抗を1次側の電極対102、
103間に接続し、圧電トランスの2次側の電極104
を入力とし、電極104と電極102(あるいは10
3)に共振周波数あるいはその近傍の周波数の交流電圧
を印加すると、負荷抵抗が高インピーダンスであれば昇
圧用の圧電トランスとして、低インピーダンスであれば
降圧用の圧電トランスとして動作する。
103間に接続し、圧電トランスの2次側の電極104
を入力とし、電極104と電極102(あるいは10
3)に共振周波数あるいはその近傍の周波数の交流電圧
を印加すると、負荷抵抗が高インピーダンスであれば昇
圧用の圧電トランスとして、低インピーダンスであれば
降圧用の圧電トランスとして動作する。
【0010】しかしながら、上記ローゼン型圧電トラン
スにおいて、1次側を入力とし、2次側を出力とした場
合、2次側の電極104の面積が狭いため、電極104
に表れる電荷量が少なく、高出力電流を得ることは困難
であった。
スにおいて、1次側を入力とし、2次側を出力とした場
合、2次側の電極104の面積が狭いため、電極104
に表れる電荷量が少なく、高出力電流を得ることは困難
であった。
【0011】また電極104と電極102(あるいは1
03)との距離が長いため、圧電トランスの出力側の容
量が小さく、出力インピーダンスが高い。そのため、負
荷を接続した場合、高出力電力が得られる負荷はおのず
と高いものに制限されてしまうという問題があった。即
ち、例えば、ノートパソコン等の電子機器に用いられる
アダプタ用電源の場合、負荷が低インピーダンスのた
め、従来のローゼン型圧電トランスでは高出力電力を得
ることができず、アダプタ用電源として用いることがで
きないという問題があった。
03)との距離が長いため、圧電トランスの出力側の容
量が小さく、出力インピーダンスが高い。そのため、負
荷を接続した場合、高出力電力が得られる負荷はおのず
と高いものに制限されてしまうという問題があった。即
ち、例えば、ノートパソコン等の電子機器に用いられる
アダプタ用電源の場合、負荷が低インピーダンスのた
め、従来のローゼン型圧電トランスでは高出力電力を得
ることができず、アダプタ用電源として用いることがで
きないという問題があった。
【0012】一方、上記圧電トランスにおいて、2次側
を入力とし、1次側を出力とすると、出力側電極面積は
広くなるが、電極104と電極102(あるいは10
3)との距離が長いため、入力インピーダンスが高くな
り、圧電トランス入力部での損失が大きく、高出力電力
を得ることができない。また、入力インピーダンスを下
げるため電極104の面積を広げると、圧電トランス自
体が大型化してしまい、圧電トランスの持つ小型という
利点を損なうという問題があった。
を入力とし、1次側を出力とすると、出力側電極面積は
広くなるが、電極104と電極102(あるいは10
3)との距離が長いため、入力インピーダンスが高くな
り、圧電トランス入力部での損失が大きく、高出力電力
を得ることができない。また、入力インピーダンスを下
げるため電極104の面積を広げると、圧電トランス自
体が大型化してしまい、圧電トランスの持つ小型という
利点を損なうという問題があった。
【0013】さらに、上記従来のローゼン型圧電トラン
スでは、電極104を持つため、単一の磁器からなる圧
電基板101を長手方向と厚み方向の異なる2方向に分
極する必要があり、そのため、分極方向が異なる界面付
近で分極に伴う大きな応力が発生し、使用中に圧電基板
101が損傷したり破壊するなど信頼性が低いという問
題があった。
スでは、電極104を持つため、単一の磁器からなる圧
電基板101を長手方向と厚み方向の異なる2方向に分
極する必要があり、そのため、分極方向が異なる界面付
近で分極に伴う大きな応力が発生し、使用中に圧電基板
101が損傷したり破壊するなど信頼性が低いという問
題があった。
【0014】また、単一の磁器に方向が異なる2種類の
分極を施す必要があるため、製造が困難であるという問
題があった。さらに、圧電基板101の長手方向の分極
作業は高電圧を印加する必要があるため、作製時のトラ
ンス破壊および作製時における作業の危険性が増大する
という問題があった。
分極を施す必要があるため、製造が困難であるという問
題があった。さらに、圧電基板101の長手方向の分極
作業は高電圧を印加する必要があるため、作製時のトラ
ンス破壊および作製時における作業の危険性が増大する
という問題があった。
【0015】そこで、ローゼン型圧電トランスの問題点
を解決するために、特開平9−83036号公報には、
長さ方向に分極した長方形板状の圧電基板を二次側と
し、その上下両主面の中央の対向する位置に幅が同じで
長さの短い厚さ方向に分極した圧電基板を接着して一次
側とすることにより、昇圧比を高めるようにした圧電ト
ランスが提案されている。又、特開平9−260739
号公報には、厚さ方向に分極した長方形板状の圧電基板
を一次側とし、長さ方向に分極した長方形板状の圧電基
板を二次側とし、それらを上下に貼り合わせることによ
り、昇圧比を高めるようにした圧電トランスが提案され
ている。
を解決するために、特開平9−83036号公報には、
長さ方向に分極した長方形板状の圧電基板を二次側と
し、その上下両主面の中央の対向する位置に幅が同じで
長さの短い厚さ方向に分極した圧電基板を接着して一次
側とすることにより、昇圧比を高めるようにした圧電ト
ランスが提案されている。又、特開平9−260739
号公報には、厚さ方向に分極した長方形板状の圧電基板
を一次側とし、長さ方向に分極した長方形板状の圧電基
板を二次側とし、それらを上下に貼り合わせることによ
り、昇圧比を高めるようにした圧電トランスが提案され
ている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記2つの公
報に記載された圧電トランスは、いずれも一次側の電極
が二次側の圧電基板の主面に接触して形成されているの
で、一次側の駆動電圧による影響を受けて二次側の出力
電圧が低下するという問題が判明した。更に特開平9−
260739号公報に開示された圧電トランスは、上下
非対称であるために、屈曲振動などの不要振動によりス
プリアスが発生し、特性を劣化させることも判明した。
報に記載された圧電トランスは、いずれも一次側の電極
が二次側の圧電基板の主面に接触して形成されているの
で、一次側の駆動電圧による影響を受けて二次側の出力
電圧が低下するという問題が判明した。更に特開平9−
260739号公報に開示された圧電トランスは、上下
非対称であるために、屈曲振動などの不要振動によりス
プリアスが発生し、特性を劣化させることも判明した。
【0017】それ故、本発明の課題は、不要振動による
スプリアスの影響を受けにくく、上記2つの公報に記載
の圧電トランスよりも昇降圧比の高い圧電トランスを提
供することにある。
スプリアスの影響を受けにくく、上記2つの公報に記載
の圧電トランスよりも昇降圧比の高い圧電トランスを提
供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の圧電トランスは、長方形板状をなし、その
長さ方向両端面に電極が形成されて長さ方向に分極され
た第一の圧電基板と、この第一圧電基板と平面視同形を
なし、両側主面に電極が形成されて厚さ方向に分極され
た第二の圧電基板とを備えた圧電トランスにおいて、前
記第二圧電基板は、第一圧電基板の上下に各々それら圧
電基板と平面視同形の低誘電率基板を介して積層されて
おり、第一圧電基板及び第二圧電基板の一方を駆動部、
他方を発電部とし、低誘電率基板を絶縁層としたことを
特徴とする。
に、本発明の圧電トランスは、長方形板状をなし、その
長さ方向両端面に電極が形成されて長さ方向に分極され
た第一の圧電基板と、この第一圧電基板と平面視同形を
なし、両側主面に電極が形成されて厚さ方向に分極され
た第二の圧電基板とを備えた圧電トランスにおいて、前
記第二圧電基板は、第一圧電基板の上下に各々それら圧
電基板と平面視同形の低誘電率基板を介して積層されて
おり、第一圧電基板及び第二圧電基板の一方を駆動部、
他方を発電部とし、低誘電率基板を絶縁層としたことを
特徴とする。
【0019】本発明の圧電トランスにおいては、第一圧
電基板が圧電縦効果を利用して機械的振動を電気的な出
力に変換し、第二圧電基板が圧電横効果を利用して電気
的な入力を機械的な振動に変換する。そして、第一圧電
基板を発電部、第二圧電基板を駆動部とするときは昇圧
用トランス、逆の場合は降圧用トランスとして機能す
る。即ち、前者の場合、第二圧電基板の厚み方向に交流
電圧を印加すれば、圧電横効果により長さ方向の振動が
励起され、この振動に伴って第一圧電基板の長さ方向端
面に圧電縦効果により高い電圧が発生し、昇圧効果を得
る。逆に後者の場合、第一圧電基板の長さ方向に交流電
圧を印加すれば、圧電縦効果により長さ方向の振動が励
起され、この振動に伴って第二圧電基板の厚み方向主面
に圧電横効果により低い電圧が発生し、降圧効果を得
る。
電基板が圧電縦効果を利用して機械的振動を電気的な出
力に変換し、第二圧電基板が圧電横効果を利用して電気
的な入力を機械的な振動に変換する。そして、第一圧電
基板を発電部、第二圧電基板を駆動部とするときは昇圧
用トランス、逆の場合は降圧用トランスとして機能す
る。即ち、前者の場合、第二圧電基板の厚み方向に交流
電圧を印加すれば、圧電横効果により長さ方向の振動が
励起され、この振動に伴って第一圧電基板の長さ方向端
面に圧電縦効果により高い電圧が発生し、昇圧効果を得
る。逆に後者の場合、第一圧電基板の長さ方向に交流電
圧を印加すれば、圧電縦効果により長さ方向の振動が励
起され、この振動に伴って第二圧電基板の厚み方向主面
に圧電横効果により低い電圧が発生し、降圧効果を得
る。
【0020】従って、圧電縦効果を利用する第一圧電基
板としては、圧電縦効果の電気機械結合係数k33の大
きな材料からなり、他方、圧電横効果を利用する第二圧
電基板としては、圧電横効果の電気機械結合係数k31
の大きな材料からなるのが好ましい。
板としては、圧電縦効果の電気機械結合係数k33の大
きな材料からなり、他方、圧電横効果を利用する第二圧
電基板としては、圧電横効果の電気機械結合係数k31
の大きな材料からなるのが好ましい。
【0021】本発明の圧電トランスでは、第一圧電基板
と第二圧電基板とが、それら基板よりも誘電率の高くな
い低誘電率基板によって分離されているので、いずれを
駆動部又は発電部としても発電部の電位分布が駆動部の
電位分布の影響を受けにくい。従って、昇圧用として利
用するときは高い昇圧比を得ることができ、降圧用とし
て利用するときは高い降圧比を得ることができる。そし
て、上下対称構造であるから、圧電トランスの機能を発
現するために利用する伸縮振動以外の不要な振動が起こ
りにくく、スプリアスなどの特性劣化要因が少ない。
と第二圧電基板とが、それら基板よりも誘電率の高くな
い低誘電率基板によって分離されているので、いずれを
駆動部又は発電部としても発電部の電位分布が駆動部の
電位分布の影響を受けにくい。従って、昇圧用として利
用するときは高い昇圧比を得ることができ、降圧用とし
て利用するときは高い降圧比を得ることができる。そし
て、上下対称構造であるから、圧電トランスの機能を発
現するために利用する伸縮振動以外の不要な振動が起こ
りにくく、スプリアスなどの特性劣化要因が少ない。
【0022】又、上記のように圧電基板同士が低誘電率
基板によって絶縁されていることから、圧電基板材料と
して駆動部と発電部のそれぞれに適した材料を選択する
ことができ、単結晶材料を用いることもできる。特に駆
動部の電位が発電部の電位分布に影響をもたらさないよ
うにするためには、低誘電率基板の比誘電率が10以下
であることが好ましい。
基板によって絶縁されていることから、圧電基板材料と
して駆動部と発電部のそれぞれに適した材料を選択する
ことができ、単結晶材料を用いることもできる。特に駆
動部の電位が発電部の電位分布に影響をもたらさないよ
うにするためには、低誘電率基板の比誘電率が10以下
であることが好ましい。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面とともに
説明する。図1は実施形態の昇圧用圧電トランスを示す
斜視図、図2は同トランスの厚み方向断面結線図であ
る。
説明する。図1は実施形態の昇圧用圧電トランスを示す
斜視図、図2は同トランスの厚み方向断面結線図であ
る。
【0024】圧電トランス11は、発電部となる長方形
板状の1枚の圧電基板1と、駆動部となる長方形板状の
同じ厚さの2枚の圧電基板2a、2bとを備える。圧電
基板1は、長さ方向両端面にそれぞれ電極6a、6bが
形成され、図1中に矢印で示すように長さ方向に分極さ
れている。圧電基板2a、2bは、上下両主面上にそれ
ぞれ電極4a、4b及び5a、5bが形成され、図1中
矢印で示すように厚さ方向且つ互いに反対方向に分極さ
れている。
板状の1枚の圧電基板1と、駆動部となる長方形板状の
同じ厚さの2枚の圧電基板2a、2bとを備える。圧電
基板1は、長さ方向両端面にそれぞれ電極6a、6bが
形成され、図1中に矢印で示すように長さ方向に分極さ
れている。圧電基板2a、2bは、上下両主面上にそれ
ぞれ電極4a、4b及び5a、5bが形成され、図1中
矢印で示すように厚さ方向且つ互いに反対方向に分極さ
れている。
【0025】圧電基板1と圧電基板2a、2bとは、絶
縁層となる低誘電率基板3a、3bを介して密着してい
る。従って、圧電トランス11は、圧電基板2a、低誘
電率基板3a、圧電基板1、低誘電率基板3b及び圧電
基板2bが順に積層された構造をなしている。そして、
圧電基板2aの上側に位置する電極4aと圧電基板2b
の下側に位置する電極5bとは、外部の共通の入力端子
7に接続されて入力電極となり、圧電基板2aの下側に
位置する電極4bと圧電基板2bの上側に位置する電極
5aとは、外部の共通のグランド端子8に接続されてグ
ランド電極となる。また、圧電基板1の一方の端面電極
6aは出力端子9に接続されて出力電極となり、他方の
端面電極6bはグランド端子10に接続されてグランド
電極となる。
縁層となる低誘電率基板3a、3bを介して密着してい
る。従って、圧電トランス11は、圧電基板2a、低誘
電率基板3a、圧電基板1、低誘電率基板3b及び圧電
基板2bが順に積層された構造をなしている。そして、
圧電基板2aの上側に位置する電極4aと圧電基板2b
の下側に位置する電極5bとは、外部の共通の入力端子
7に接続されて入力電極となり、圧電基板2aの下側に
位置する電極4bと圧電基板2bの上側に位置する電極
5aとは、外部の共通のグランド端子8に接続されてグ
ランド電極となる。また、圧電基板1の一方の端面電極
6aは出力端子9に接続されて出力電極となり、他方の
端面電極6bはグランド端子10に接続されてグランド
電極となる。
【0026】圧電トランス11は、外部端子7−8間に
圧電基板2a、2bの長さ方向縦振動モードの共振周波
数近傍の周波数をもつ交流電圧を印加すれば、圧電効果
(圧電横効果)により圧電基板2a、2bに長さ方向に
振動が励起される。圧電基板2a、2bは、低誘電率基
板3a、3bを介して密着していることから、圧電基板
2a、2bの振動が低誘電率基板3a、3bを介して圧
電基板1に伝わり、圧電基板1を振動させる。その結
果、圧電基板1の外部端子9−10間に圧電逆効果(圧
電縦効果)により入力電圧と同じ周波数の高い交流電圧
が発生する。
圧電基板2a、2bの長さ方向縦振動モードの共振周波
数近傍の周波数をもつ交流電圧を印加すれば、圧電効果
(圧電横効果)により圧電基板2a、2bに長さ方向に
振動が励起される。圧電基板2a、2bは、低誘電率基
板3a、3bを介して密着していることから、圧電基板
2a、2bの振動が低誘電率基板3a、3bを介して圧
電基板1に伝わり、圧電基板1を振動させる。その結
果、圧電基板1の外部端子9−10間に圧電逆効果(圧
電縦効果)により入力電圧と同じ周波数の高い交流電圧
が発生する。
【0027】この圧電トランス11においては、駆動部
の内部に位置するグランド電極4b、5aと発電部とな
る圧電基板1との間に絶縁層としての低誘電率基板3
a、3bが存在するので、出力電極6a、6b間の出力
電圧に対するグランド電極4b、5aの影響が小さい。
従って、高い昇圧比を得ることができる。
の内部に位置するグランド電極4b、5aと発電部とな
る圧電基板1との間に絶縁層としての低誘電率基板3
a、3bが存在するので、出力電極6a、6b間の出力
電圧に対するグランド電極4b、5aの影響が小さい。
従って、高い昇圧比を得ることができる。
【0028】なお、圧電トランス11は、結線方法を変
えることにより降圧用として利用することもできる。こ
の場合は外部端子9が入力端子、外部端子7が出力端子
となる。即ち、圧電基板2aの上側に位置する電極4a
と圧電基板2bの下側に位置する電極5bとは、外部の
共通の出力端子7に接続されて出力電極となり、また圧
電基板1の一方の端面電極6aは入力端子9に接続され
て入力電極となる。グランド電極とグランド端子との接
続は昇圧用と同様である。そして、外部端子9−10間
に圧電基板1の長さ方向縦振動モードの共振周波数近傍
の周波数をもつ交流電圧を印加すれば、圧電縦効果によ
り圧電基板1に長さ方向に振動が励起される。この振動
は圧電基板2a、2bに伝わり、その結果、外部端子7
−8間に圧電横効果により入力電圧と同じ周波数の低い
交流電圧が発生する。
えることにより降圧用として利用することもできる。こ
の場合は外部端子9が入力端子、外部端子7が出力端子
となる。即ち、圧電基板2aの上側に位置する電極4a
と圧電基板2bの下側に位置する電極5bとは、外部の
共通の出力端子7に接続されて出力電極となり、また圧
電基板1の一方の端面電極6aは入力端子9に接続され
て入力電極となる。グランド電極とグランド端子との接
続は昇圧用と同様である。そして、外部端子9−10間
に圧電基板1の長さ方向縦振動モードの共振周波数近傍
の周波数をもつ交流電圧を印加すれば、圧電縦効果によ
り圧電基板1に長さ方向に振動が励起される。この振動
は圧電基板2a、2bに伝わり、その結果、外部端子7
−8間に圧電横効果により入力電圧と同じ周波数の低い
交流電圧が発生する。
【0029】昇圧用にしても降圧用にしても、圧電基板
2a、2bは圧電横効果を利用し、圧電基板1は圧電縦
効果を利用している。そして、昇圧比(又は降圧比)は
駆動側と発電側の電気機械結合係数の積に比例すること
から、より高い昇圧比(又は降圧比)を得るために、圧
電基板2a、2bとしては圧電横効果の電気機械結合係
数k31の大きい材料を選択し、圧電基板1としては圧
電縦効果の電気機械結合係数k33の大きい材料を選択
するのが望ましい。そのような材料の典型例はPb、T
iを主成分とするPT系やPZT系の圧電セラミックで
あるが、この実施形態の圧電トランス11の場合、駆動
部と発電部とが絶縁層で分離されているので、各々に最
適の圧電特性を示す材料を選択することができ、単結晶
をも利用することができる。
2a、2bは圧電横効果を利用し、圧電基板1は圧電縦
効果を利用している。そして、昇圧比(又は降圧比)は
駆動側と発電側の電気機械結合係数の積に比例すること
から、より高い昇圧比(又は降圧比)を得るために、圧
電基板2a、2bとしては圧電横効果の電気機械結合係
数k31の大きい材料を選択し、圧電基板1としては圧
電縦効果の電気機械結合係数k33の大きい材料を選択
するのが望ましい。そのような材料の典型例はPb、T
iを主成分とするPT系やPZT系の圧電セラミックで
あるが、この実施形態の圧電トランス11の場合、駆動
部と発電部とが絶縁層で分離されているので、各々に最
適の圧電特性を示す材料を選択することができ、単結晶
をも利用することができる。
【0030】各圧電基板は、PT系やPZT系の圧電セ
ラミックからなる場合、それぞれ対向する電極4a−4
b、5b−5a、6a−6b間に直流の高電圧を印加す
ることにより、容易に分極処理することができる。低誘
電率基板としては、アルミナなどの低誘電率のもの、特
に比誘電率が10以下の材料からなるのが好ましい。
ラミックからなる場合、それぞれ対向する電極4a−4
b、5b−5a、6a−6b間に直流の高電圧を印加す
ることにより、容易に分極処理することができる。低誘
電率基板としては、アルミナなどの低誘電率のもの、特
に比誘電率が10以下の材料からなるのが好ましい。
【0031】すべての電極は、Ag粉末などの導電性材
料とガラスからなるペーストをスクリーン印刷し、焼成
することにより形成することができる。又、蒸着、スパ
ッタなどの薄膜技術を用いて形成することもできる。
料とガラスからなるペーストをスクリーン印刷し、焼成
することにより形成することができる。又、蒸着、スパ
ッタなどの薄膜技術を用いて形成することもできる。
【0032】圧電基板及び低誘電率基板は、個別に焼成
した後の各基板を互いに接着剤で接合することにより積
層してもよいし、グリーンシート(未焼成シート)の段
階で積層し、同時焼成することにより接合することもで
きる。例えば、低誘電率基板の誘電率を重視し、比誘電
率10以下のものを選択したために圧電基板との焼成収
縮率が合わない場合は前者の方法で積層する。また製造
工程の簡略化を重視し、低誘電率基板の比誘電率を若干
犠牲にしても良い場合は、低誘電率基板材料を焼成収縮
率に関して圧電基板と近似する組成にし、後者の方法で
積層する。
した後の各基板を互いに接着剤で接合することにより積
層してもよいし、グリーンシート(未焼成シート)の段
階で積層し、同時焼成することにより接合することもで
きる。例えば、低誘電率基板の誘電率を重視し、比誘電
率10以下のものを選択したために圧電基板との焼成収
縮率が合わない場合は前者の方法で積層する。また製造
工程の簡略化を重視し、低誘電率基板の比誘電率を若干
犠牲にしても良い場合は、低誘電率基板材料を焼成収縮
率に関して圧電基板と近似する組成にし、後者の方法で
積層する。
【0033】上記昇圧用圧電トランス11について、圧
電基板材料としてPZT、低誘電率基板材料として比誘
電率4のSiO2 を用い、圧電トランスの寸法を縦20
mm、横5mm、3枚の圧電基板の厚みがそれぞれ1m
m、絶縁層の厚みを0.5mmとして昇圧比を解析し
た。その時、長さ縦振動モードの共振周波数は92KH
zであった。その結果を図3に共振周波数における電位
分布の等高線として示す。比較のために低誘電率基板を
備えていない以外は、上記昇圧用圧電トランス11と同
形同質の比較圧電トランスについても同一条件で解析し
た。その結果を図4に示す。図3と図4とを対比すれば
明らかなように、本発明の圧電トランス11は、発電部
の電位が駆動部の電位の影響をあまり受けていない。こ
れに対して、比較圧電トランスは、発電部の上下面の電
位が駆動部のグランド電極の電位によって拘束されてい
る。よって、低誘電率基板からなる絶縁層が駆動部と発
電部とを有効に分離していると認められる。図5は、S
iO2 に代えて圧電基板1と同質の未分極の材料(比誘
電率:1150)を絶縁層とし、上記と同一条件で共振
周波数における電位分布を解析して得られた等高線であ
る。図4の場合ほど発電部の上下面の電位は拘束されて
いないが、図3の場合よりも拘束されていることが明ら
かである。
電基板材料としてPZT、低誘電率基板材料として比誘
電率4のSiO2 を用い、圧電トランスの寸法を縦20
mm、横5mm、3枚の圧電基板の厚みがそれぞれ1m
m、絶縁層の厚みを0.5mmとして昇圧比を解析し
た。その時、長さ縦振動モードの共振周波数は92KH
zであった。その結果を図3に共振周波数における電位
分布の等高線として示す。比較のために低誘電率基板を
備えていない以外は、上記昇圧用圧電トランス11と同
形同質の比較圧電トランスについても同一条件で解析し
た。その結果を図4に示す。図3と図4とを対比すれば
明らかなように、本発明の圧電トランス11は、発電部
の電位が駆動部の電位の影響をあまり受けていない。こ
れに対して、比較圧電トランスは、発電部の上下面の電
位が駆動部のグランド電極の電位によって拘束されてい
る。よって、低誘電率基板からなる絶縁層が駆動部と発
電部とを有効に分離していると認められる。図5は、S
iO2 に代えて圧電基板1と同質の未分極の材料(比誘
電率:1150)を絶縁層とし、上記と同一条件で共振
周波数における電位分布を解析して得られた等高線であ
る。図4の場合ほど発電部の上下面の電位は拘束されて
いないが、図3の場合よりも拘束されていることが明ら
かである。
【0034】
【発明の効果】本発明の圧電トランスは、駆動部と発電
部との間に低誘電体材料が絶縁層として介在しているの
で、駆動部の電位が発電部の電位分布に影響を及ぼすこ
とがない。そのため、高い昇圧(降圧)比を得ることが
できるし、入出力の周辺回路の自由度を増すことができ
る。さらに、上下対称構造であるから、スプリアスなど
の特性劣化要因も少ない。
部との間に低誘電体材料が絶縁層として介在しているの
で、駆動部の電位が発電部の電位分布に影響を及ぼすこ
とがない。そのため、高い昇圧(降圧)比を得ることが
できるし、入出力の周辺回路の自由度を増すことができ
る。さらに、上下対称構造であるから、スプリアスなど
の特性劣化要因も少ない。
【図1】実施形態の圧電トランスを示す斜視図である。
【図2】上記圧電トランスの断面結線図である。
【図3】上記圧電トランスの電位分布を示す等高線図で
ある。
ある。
【図4】比較圧電トランスの電位分布を示す等高線図で
ある。
ある。
【図5】圧電基板と同質の材料を絶縁層とした場合の圧
電トランスの電位分布を示す等高線図である。
電トランスの電位分布を示す等高線図である。
【図6】従来の圧電トランスを示す斜視図である。
11 圧電トランス 1、2a、2b、101 圧電基板 3a、3b 低誘電率基板 4a、4b、5a、5b、6a、6b、102、10
3、104 電極 7、8、9、10 外部端子
3、104 電極 7、8、9、10 外部端子
Claims (2)
- 【請求項1】長方形板状をなし、その長さ方向両端面に
電極が形成されて長さ方向に分極された第一の圧電基板
と、この第一圧電基板と平面視同形をなし、両側主面に
電極が形成されて厚さ方向に分極された第二の圧電基板
とを備えた圧電トランスにおいて、 前記第二圧電基板は、第一圧電基板の上下に各々それら
圧電基板と平面視同形の低誘電率基板を介して積層され
ており、 第一圧電基板及び第二圧電基板の一方を駆動部、他方を
発電部とし、低誘電率基板を絶縁層としたことを特徴と
する圧電トランス。 - 【請求項2】低誘電率基板の比誘電率が10以下である
請求項1に記載の圧電トランス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21278899A JP3659309B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21278899A JP3659309B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 圧電トランス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001044527A true JP2001044527A (ja) | 2001-02-16 |
JP3659309B2 JP3659309B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
ID=16628404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21278899A Expired - Fee Related JP3659309B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 圧電トランス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3659309B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001230465A (ja) * | 1999-12-08 | 2001-08-24 | Kazuo Kono | 圧電トランス |
JP2011061190A (ja) * | 2009-08-11 | 2011-03-24 | Ngk Insulators Ltd | 複合電子部品の製造方法及び複合電子部品 |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP21278899A patent/JP3659309B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001230465A (ja) * | 1999-12-08 | 2001-08-24 | Kazuo Kono | 圧電トランス |
JP2011061190A (ja) * | 2009-08-11 | 2011-03-24 | Ngk Insulators Ltd | 複合電子部品の製造方法及び複合電子部品 |
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---|---|
JP3659309B2 (ja) | 2005-06-15 |
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