JP2001284674A - 圧電トランス - Google Patents

圧電トランス

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JP2001284674A
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piezoelectric transformer
internal electrode
electrode
sheet
piezoelectric
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JP2000095797A
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Yoshiyuki Watabe
嘉幸 渡部
Hiroshi Kishi
弘志 岸
Yasuyuki Inomata
康之 猪又
Shigeo Ishii
茂雄 石井
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Taiyo Yuden Co Ltd
Original Assignee
Taiyo Yuden Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/40Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱を抑制して大出力を得ることができる圧
電トランス,特に汎用性の高い降圧用の圧電トランスを
提供する。 【解決手段】 (A)では、内部電極12の周辺に不定
形状12Aがランダムに形成されているため、(C)の
ように該部分における変位になだらかな傾斜ができる。
従って、応力集中が緩和されるようになり、発熱が抑制
されるようになる。一方、(D)では、内部電極12の
周辺に不定形状12Aが形成されていないために、
(E)のように変位が急激に変化する。すなわち、応力
が集中した状態となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンバータやアダ
プタなどに使用される圧電トランスの改良に関するもの
である。
【0002】
【背景技術と発明が解決しようとする課題】圧電トラン
スは、電磁型のトランスと比較して小型,高効率のもの
を比較的容易に得ることができるという利点があり、液
晶ディスプレイのバックライト駆動用インバータなどに
昇圧用トランスとして利用されている。しかし、電源用
として汎用性の高いトランスとしては、昇圧型のものよ
りも降圧型のものが一般的である。
【0003】一方、圧電トランスとしての好ましい特性
としては、出力が大きいこと,発熱が小さいこと,
小型であること,効率が高いこと,である。しかし
ながら、従来の圧電トランスで大出力を得ようとする
と、その発熱のために出力が低下してしまう。
【0004】基本的に圧電トランスでは、機械振動の振
動速度が出力の大きさを決める。大きな機械振動速度を
得るためには、入力側(1次側)を高変位振動できる構
成とすることが望ましい。このための具体的な手段とし
ては、電極を積層構造とするあるいは電極面積を大きく
するなどして、機械的変位量が多く得られるようにする
方法がある。しかし、圧電素子を高変位で駆動すると、
結晶的な損失や電気的な損失などが影響して発熱を生
じ、この発熱のために出力が低下するようになる。
【0005】本発明は、以上の点に着目したもので、発
熱を抑制して大出力を得ることができる圧電トランス,
特に汎用性の高い降圧型の圧電トランスを提供すること
を、その目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、圧電材料によるシートを積層した積層型
の圧電トランスであって、入力側の電極外縁部における
シート積層体の応力集中を緩和する応力緩和手段を設け
たことを特徴とする。主要な形態の一つは、前記応力緩
和手段を、複数の内部電極の重なりが不揃いとなる電極
形状としたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目
的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から
明瞭になろう。
【0007】
【発明の実施の形態】<発明の概要>……最初に、本発
明の概要を説明する。圧電トランスにおける発熱は、ほ
とんどが入力側(1次側)から発生するものであること
が知られている。そこで、1次側の具体的にいずれの部
位で発熱が生じているかを調べたところ、その詳細な発
熱個所は、変位を得るために設けた1次側の電極とそれ
に接続された非変位部分との界面,すなわち1次側電極
周辺であることが判明した。この界面では、圧電体の変
位部と非変位部との間に応力が集中し、機械的な摩擦熱
も大きくなっている。このように、圧電トランスの発熱
は結晶的な因子よりも機械的な因子が強い。従って、前
記電極周辺部分の応力を緩和することで発熱を抑制し、
効率的な圧電トランスを得ることができる。
【0008】<実施形態1>……次に、図1〜図4を参
照しながら、本発明の実施形態1について説明する。本
実施形態の圧電トランスは、図1に積層状態を示すよう
に、入力部(励振側)10が出力部(発電側)20を挟
んだ積層型の構造となっている。まず、上下の入力部1
0から説明すると、略円形の内部電極12が中央に形成
されたシート14,16が2枚積層されている。内部電
極12の外縁側には、不定形状12Aが形成されてい
る。この不定形状12Aは、上下で形状が一致しないよ
うに、すなわち電極の重なりが不揃いとなるようになっ
ている。具体的には、不定形状12Aをランダムに形成
する,不定形状12Aが同一の場合は、電極中心に対す
る不定形状12Aの角度や、シート上における内部電極
12の位置をずらすようにする。
【0009】シート14の内部電極12には、図の背面
方向にシート端部まで延設された引出部14Aが設けら
れている。また、シート16の内部電極12には、図の
正面方向にシート端部まで延設された引出部16Aが設
けられている。すなわち、内部電極12は、引出部14
A,16Aによって前後方向に引き出されている。
【0010】出力部20は、例えば円形の内部電極22
が略中央に形成されたシート24,26が交互に多数積
層されている例えば、シート24,26を、交互に6層
づつ,全体で12層積層する。ただし、シート24の内
部電極22には、図の右方向にシート端部まで延設され
た引出部24Aが設けられている。また、シート26の
内部電極22には、図の左方向にシート端部まで延設さ
れた引出部26Aが設けられている。すなわち、内部電
極22は、引出部24A,26Aによって右左方向に引
き出されている。
【0011】入力部10と出力部20との間には分離用
絶縁シート30が積層されており、上下端には保護用絶
縁シート32が積層されている。シート14,16,2
4,26としては、例えばPZTグリーンシートが使用
される。一方、内部電極12,22及び引出部14A,
16A,24A,26Aとしては、例えばAgとPdの
合金が使用される。
【0012】各シートは、図1に示すように積層した後
に圧着される。そして、脱バインダ及び焼成の処理後、
図2に示すように外部電極付けが行なわれる。この例で
は、入力部10の引出部14Aが外部電極40Aに接続
され、引出部16Aが40Bに接続される。また、出力
部20の引出部24Aが42Aに接続され、引出部26
Aが42Bに接続される。外部電極40A,40B,4
2A,42Bとしては、例えばAgが使用される。次
に、形成した外部電極を利用して圧電材の分極処理が行
なわれる。例えば、外部電極40A,40B間及び42
A,42B間に、2kv/mmを100℃で10分印加する
ことで、分極を施す。このようにして、圧電トランス4
4が得られる。
【0013】次に、以上のようにして得た本実施形態の
圧電トランスの特性の良否を検討するため、比較用サン
プルを得る。この比較サンプルでは、前記図1に示した
入力部10の内部電極12から不定形状12Aを除いた
もので、他は前記実施形態と同様である。図3には、本
実施形態のサンプルと比較用のサンプルの内部電極12
の周辺における積層体の変位の様子が示されている。同
図(A)は上述した本実施形態のサンプルで、各シート
の変位は同図(B)に示すようになる。従って、積層体
としての変位は、内部電極12の周辺に不定形状12A
がランダムに形成されているため、同図(C)に示すよ
うななだらかな傾斜となる。このため、応力集中が緩和
されるようになる。一方、同図(D)は比較例のサンプ
ルで、内部電極12の周辺に不定形状12Aが形成され
ていないために、該部分における変位が同図(E)のよ
うに急激に変化する。すなわち、応力が集中した状態と
なる。
【0014】このような各サンプルについて入力電力と
温度上昇との関係を調べたところ、図4に示すような結
果が得られた。同図中、横軸は入力電力(W),縦軸は
温度上昇Δt(℃)である。グラフGAは本実施形態の
サンプルの場合であり、グラフGBは比較用サンプルの
場合である。これらのグラフを比較すれば明らかなよう
に、本実施形態は、比較例よりも温度上昇が大幅に抑制
されている。
【0015】このように、本形態によれば、入力側ない
しは1次側の電極外縁側に変位傾斜が生ずるので、応力
集中が緩和されて発熱が抑制され、効率のよい大出力の
圧電トランスを得ることができる。
【0016】<実施形態2>……次に、図5を参照しな
がら実施形態2について説明する。なお、上述した実施
形態1に対応する部分には、同一の符号を用いる。図5
には、本実施形態の積層構造が示されており、入力部1
0のシート14上には円形の内部電極12Bが形成され
ており、シート16上には円形の内部電極12Cが形成
されている。本形態では、内部電極12Bの径が内部電
極12Cの径よりも小さく設計されている。このため、
前記実施形態1と同様に変位傾斜が生じ、入力部10の
積層体全体として内部電極外縁における応力集中が緩和
され、前記実施形態1と同様に発熱が低減されるように
なる。
【0017】<実施形態3>……次に、図6を参照しな
がら本発明の実施形態3について説明する。同図(A)
の例は、円形の1次側内部電極50に、外縁に行くに従
って面積が大きくなる小孔52が形成されている。この
ような小孔52を有する内部電極52を、該小孔52の
重なりが不揃いとなるように積層する。このようにする
ことでも、前記実施形態と同様に圧電シートの変位に傾
斜が形成されるようになり、同様の発熱低減の効果を得
ることができる。同図(B)の例は、ローゼン型の圧電
トランスの例で、圧電体60の左側表裏には1次側外部
電極62,64が形成されており、圧電体60の右側端
部には2次側電極66が形成されている。そして、1次
側の内部電極70の位置をずらした構造となっている。
このようにすることでも、同様に変位傾斜が生じ、発熱
が抑制される。
【0018】<他の実施形態>……本発明には数多くの
実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変する
ことが可能である。例えば、次のようなものも含まれ
る。 (1)圧電材料や電極材料については、公知の各種のも
のを使用してよい。また、前記実施形態を組み合わせる
ようにしてもよい。変位傾斜を得るための電極形状も、
同様の作用を奏するように各種の態様が可能である。 (2)本発明は、大出力が得られるため、特に降圧型の
トランスに好適であるが、昇圧型のトランスに適用する
ことを妨げるものではない。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体に変位傾斜を形成して応力集中を緩和することと
したので、発熱が抑制され、出力の大きな圧電トランス
を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の積層構造を示す図であ
る。
【図2】前記実施形態1の圧電トランスの外観を示す図
である。
【図3】前記実施形態1と比較例の変位状態を示す図で
ある。
【図4】前記実施形態1と比較例の温度上昇を示すグラ
フである。
【図5】本発明の実施形態2を示す図である。
【図6】本発明の実施形態3を示す図である。
【符号の説明】
10…入力部 12,12B,12C…内部電極 12A…不定形状 14,16…シート 14A,16A…引出部 20…出力部 22…内部電極 24,26…シート 24A,26A…引出部 30…分離用絶縁シート 32…保護用絶縁シート 40A,40B,42A,42B…外部電極 44…圧電トランス 50…内部電極 52…小孔 60…圧電体 62,64…1次側外部電極 66…2次側電極 70…内部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪又 康之 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 (72)発明者 石井 茂雄 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 Fターム(参考) 5H730 AA14 AS05 EE48 ZZ19

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電材料によるシートを積層した積層型
    の圧電トランスであって、 入力側の電極外縁部におけるシート積層体の応力集中を
    緩和する応力緩和手段を設けたことを特徴とする圧電ト
    ランス。
  2. 【請求項2】 前記応力緩和手段は、複数の内部電極の
    重なりが不揃いとなる電極形状であることを特徴とする
    請求項1記載の圧電トランス。
JP2000095797A 2000-03-30 2000-03-30 圧電トランス Withdrawn JP2001284674A (ja)

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