JP2002329900A - Piezoelectric transformer - Google Patents

Piezoelectric transformer

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JP2002329900A
JP2002329900A JP2001131687A JP2001131687A JP2002329900A JP 2002329900 A JP2002329900 A JP 2002329900A JP 2001131687 A JP2001131687 A JP 2001131687A JP 2001131687 A JP2001131687 A JP 2001131687A JP 2002329900 A JP2002329900 A JP 2002329900A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric transformer of high porcelain strength capable of stably outputting a high electric power even if a temperature changes. SOLUTION: A voltage input A1 and a voltage output B1 are alternately formed in the lengthwise direction of a piezoelectric substrate 11 in which both main surfaces are rectangles of a length L and a width W. The voltage input A1 and the voltage output B1 are provided with input side electrodes 12, 13, 15, and 16, and output side electrodes 14 and 17, respectively. The ratio (L/W), where L is the length of the main surface and W is the width of it, of the piezoelectric substrate is 1.1-1.4. The piezoelectric substrate 11 comprises Pb(ZrTi)O3 composite oxide. An A site comprises at least one kind selected from among Ba, Sa, and Ca. A B site comprises Nb, Yb, and Mn. The absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the widthwise direction of the piezoelectric substrate 11 is 60 ppm/ deg.C or below.

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、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、及びノ
ートパソコンや携帯端末等に用いられる液晶ディスプレ
イのバックライト冷陰極管用インバータなどに用いられ
る圧電トランスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer used for an AC adapter or a DC-DC converter used for various electronic devices, and a backlight cold-cathode tube inverter for a liquid crystal display used for a notebook computer or a portable terminal. It is about.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、電気エネルギーを機械的エネルギー
に変換することのできる圧電材料はアクチュエータやト
ランスなどへの応用がなされている。特に、圧電トラン
スは、従来から用いられている電磁トランスと比較した
場合、次のような特徴があり、近年における電源の小型
化や集積化において注目され、一部商品化されている。
圧電トランスは、(1)巻線を一切用いないので発煙や
発火の可能性が少ない。(2)発生する磁界の受渡しに
より電力の伝達を行う電磁トランスに対し、機械振動を
媒介として正逆の圧電効果により電力の伝達を行うため
電磁ノイズの発生がない。(3)弾性的損失が少ない材
料を選定することで変換効率の向上が可能である。
(4)エネルギー密度の点で弾性エネルギーは磁気エネ
ルギーに比べ1桁以上高い。このような特徴を活かし
て、液晶ディスプレイのバックライト用のインバータ回
路には欠かせない電子部品として普及しつつある。
2. Description of the Related Art In recent years, piezoelectric materials capable of converting electric energy into mechanical energy have been applied to actuators and transformers. In particular, a piezoelectric transformer has the following features as compared with a conventionally used electromagnetic transformer, and has been noticed in recent years for miniaturization and integration of a power supply, and has been partially commercialized.
The piezoelectric transformer (1) does not use any windings, so there is little possibility of smoke or ignition. (2) Since power is transmitted by the reverse piezoelectric effect via the mechanical vibration to the electromagnetic transformer that transmits power by transferring the generated magnetic field, there is no generation of electromagnetic noise. (3) Conversion efficiency can be improved by selecting a material having a small elastic loss.
(4) In terms of energy density, elastic energy is at least one order of magnitude higher than magnetic energy. Utilizing such features, it is spreading as an indispensable electronic component for an inverter circuit for a backlight of a liquid crystal display.

【0003】図10に圧電トランスの出力電力−駆動周
波数依存性を示す。圧電トランスは共振駆動であるた
め、圧電基板の形状及び弾性定数に起因した振動点付近
にて電力の発生が高いといった周波数依存性を有する。
FIG. 10 shows the output power-drive frequency dependence of a piezoelectric transformer. Since the piezoelectric transformer is driven by resonance, it has frequency dependency such that electric power is generated near a vibration point due to the shape and elastic constant of the piezoelectric substrate.

【0004】この出力電力の制御には、外部抵抗によっ
て制御する方法と駆動周波数によって制御する方法があ
る。図11は外部抵抗を変化させた場合の出力電力特性
を示すもので、この図11から理解されるように、外部
抵抗による出力制御は、出力電力の周波数依存性曲線が
大きく変動して制御し難いため、駆動周波数により出力
電力を制御する方法が一般的である。例えば、外部抵抗
RLを500Ωに固定し、駆動周波数を変化させて、出
力電力を制御していた。
[0004] The control of the output power includes a method of controlling by an external resistance and a method of controlling by a driving frequency. FIG. 11 shows the output power characteristics when the external resistance is changed. As can be understood from FIG. 11, the output control using the external resistance is performed with the frequency dependence curve of the output power greatly fluctuating. Since it is difficult, a method of controlling output power by a driving frequency is generally used. For example, the output power is controlled by fixing the external resistance RL to 500Ω and changing the driving frequency.

【0005】図6にDC−DCコンバータのブロック図
を示す。圧電トランスを用いたコンバータでは、ある周
波数範囲の駆動周波数を持った入力電圧を圧電トランス
に印加し、整流回路でDCに変換された電圧、電流を検
出し、所望の電力が得られる駆動周波数を検知し、帰還
回路にて駆動周波数を決定するということを随時行うこ
とで安定した電力供給を行うものである。この帰還回路
では、例えば、駆動周波数120kHzで出力20W、
121kHzで23W、122kHzで20Wの場合、
23Wの出力を得たい際は121kHzの駆動周波数を
選択するが、20Wの出力を得たい場合120kHzと
122kHzのどちらを選択して良いか判断できず無限
ループに陥ってしまう。
FIG. 6 shows a block diagram of a DC-DC converter. In a converter using a piezoelectric transformer, an input voltage having a drive frequency in a certain frequency range is applied to the piezoelectric transformer, the voltage and current converted to DC by a rectifier circuit are detected, and the drive frequency at which desired power is obtained is determined. The detection and the determination of the drive frequency by the feedback circuit are performed at any time, so that stable power supply is performed. In this feedback circuit, for example, an output of 20 W at a driving frequency of 120 kHz,
In the case of 23 W at 121 kHz and 20 W at 122 kHz,
When it is desired to obtain an output of 23 W, a drive frequency of 121 kHz is selected. However, when an output of 20 W is to be obtained, it is not possible to determine which of 120 kHz and 122 kHz is to be selected, resulting in an infinite loop.

【0006】従って、駆動周波数を検出するための周波
数範囲内に、同じ出力電力値を示す周波数が複数点あっ
てはならず、使用可能な周波数範囲は、出力電力が最大
値を示す周波数から低周波側若しくは高周波側のいずれ
かの周波数範囲ということになる。
Therefore, there must be no plurality of frequencies having the same output power value within the frequency range for detecting the drive frequency, and the usable frequency range is lower than the frequency at which the output power has the maximum value. This means that the frequency range is on either the high frequency side or the high frequency side.

【0007】圧電トランス用の材料としては、高い振動
速度下や大振幅下においても駆動可能な点から、第28
36572号特許公報に開示されたPbTiO3−Pb
ZrO3−Pb(Mn1/3Sb2/3)O3系材料や特開平1
1−310457号公報に開示されたPbTiO3−P
bZrO3−Pb(Mn1/3Nb2/3)O3系材料や、特開
2000−294849号公報に開示されたPb(Z
r,Ti)O3にFeとAgを含有した組成等が提案さ
れている。
As a material for a piezoelectric transformer, since it can be driven even under a high vibration speed or a large amplitude, the 28th
PbTiO 3 -Pb disclosed in Japanese Patent No. 36572
ZrO 3 —Pb (Mn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 based material
PbTiO 3 -P disclosed in 1-310457
bZrO 3 -Pb (Mn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -based material, or Pb (Z) disclosed in JP-A-2000-294849.
(r, Ti) O 3 has been proposed which contains Fe and Ag.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】圧電トランスの外周温
度は、圧電トランスの自己発熱や周辺機器の発熱により
刻々と変化していく。当初、出力電力が最大値を示す周
波数から低周波側若しくは高周波側のいずれかの周波数
範囲を駆動周波数としていたが、出力電力の周波数依存
性曲線が外周温度の変化によりドリフトすることによ
り、駆動周波数の範囲内に出力電力の最大値が存在する
ようになり、同じ出力電力値を示す駆動周波数が複数点
存在するようになり、帰還回路を用いた出力電力制御を
行うことが困難であるという問題があった。
The outer peripheral temperature of the piezoelectric transformer changes every moment due to the self-heating of the piezoelectric transformer and the heat generated by peripheral devices. Initially, the drive frequency was set to a frequency range from the frequency at which the output power shows the maximum value to the low frequency side or the high frequency side.However, the frequency dependence curve of the output power drifted due to a change in the outer peripheral temperature. The maximum value of the output power exists within the range, and there are a plurality of drive frequencies having the same output power value, which makes it difficult to perform output power control using a feedback circuit. was there.

【0009】本発明は、温度変化が生じても高い電力を
安定して出力でき、磁器強度の高い圧電トランスを提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a piezoelectric transformer which can stably output high power even when a temperature change occurs and has high porcelain strength.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の圧電トランス
は、両主面が長さL、幅Wの長方形である圧電基板の長
さ方向に、電圧入力部、電圧出力部を交互に形成し、前
記電圧入力部、電圧出力部にそれぞれ入力側電極、出力
側電極を設けてなる圧電トランスにおいて、前記圧電基
板の主面の長さLと幅Wの比(L/W)が1.1〜1.
4であり、かつ前記圧電基板がPb(ZrTi)O3
複合酸化物からなり、AサイトにBa、Sr及びCaか
ら選ばれる少なくとも一種を含有し、BサイトにNb、
Yb及びMnを含有するとともに、前記圧電基板の幅方
向における弾性定数の温度係数の絶対値が60ppm/
℃以下であることを特徴とする。
According to the piezoelectric transformer of the present invention, voltage input portions and voltage output portions are formed alternately in the length direction of a piezoelectric substrate having both main surfaces having a rectangular shape having a length L and a width W. In a piezoelectric transformer in which an input electrode and an output electrode are provided in the voltage input section and the voltage output section, respectively, the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate is 1.1. ~ 1.
4, and the piezoelectric substrate is made of a Pb (ZrTi) O 3 type composite oxide, the A site contains at least one selected from Ba, Sr and Ca, and the B site contains Nb,
Yb and Mn are contained, and the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate is 60 ppm /
C. or lower.

【0011】本発明では、圧電基板の主面の長さLと幅
Wの比(L/W)が1.1〜1.4であるため、高い出
力電力及び高い効率を有し、高いエネルギー変換効率を
有することができる。そして、圧電基板の主面の長さL
と駆動周波数Fとの積(F×L)を4700〜6000
kHz・mmとすることにより、低い負荷抵抗において
大出力電力及び高効率特性を示し、かつ、周波数変動に
おける、効率の変動がほとんどない圧電トランスが得ら
れる。
In the present invention, since the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate is 1.1 to 1.4, it has high output power, high efficiency, and high energy. It can have conversion efficiency. And the length L of the main surface of the piezoelectric substrate
(F × L) of the driving frequency F and the driving frequency F is 4700 to 6000.
By setting the frequency to kHz · mm, it is possible to obtain a piezoelectric transformer exhibiting high output power and high efficiency characteristics at a low load resistance and having almost no fluctuation in efficiency due to frequency fluctuation.

【0012】また、圧電基板の主面の長さLと駆動周波
数Fとの積(F×L)が4700〜6000kHz・m
mを満足するように、駆動周波数Fを変化させることに
より、圧電トランスの電圧出力部からの出力電力を変化
させることが可能となる。
The product (F × L) of the length L of the main surface of the piezoelectric substrate and the driving frequency F is 4700 to 6000 kHz · m.
By changing the drive frequency F so as to satisfy m, the output power from the voltage output unit of the piezoelectric transformer can be changed.

【0013】さらに、圧電基板がPb(ZrTi)O3
型複合酸化物からなり、AサイトにBa、Sr及びCa
から選ばれる少なくとも一種を含有し、BサイトにN
b、Yb及びMnを含有するとともに、前記圧電基板の
幅方向における弾性定数の温度係数の絶対値が60pp
m/℃以下であるため、圧電トランスの外周温度が変化
しても、最大出力電力を得る駆動周波数の変化が小さ
く、帰還回路を用いた出力電力制御を容易に行うことが
できる。
Further, the piezoelectric substrate is made of Pb (ZrTi) O 3
Type composite oxide, and A, Ba, Sr and Ca
Containing at least one selected from the group consisting of N
b, Yb and Mn, and the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate is 60 pp.
Since the temperature is not more than m / ° C., even if the peripheral temperature of the piezoelectric transformer changes, the change in the driving frequency for obtaining the maximum output power is small, and the output power control using the feedback circuit can be easily performed.

【0014】従って、本発明の圧電トランスでは、電圧
出力部に最も大きな振動を生じさせる振動モードを励起
させることができ、高出力電力を発生させ、高効率を得
ることができるとともに、圧電トランスの外周温度が変
化しても、高い出力電力を得る駆動周波数のドリフト量
が小さく、帰還回路を用いた出力電力制御を容易に行う
ことができる。
Therefore, the piezoelectric transformer of the present invention can excite the vibration mode that causes the largest vibration in the voltage output section, and can generate high output power and high efficiency. Even if the outer peripheral temperature changes, the drift amount of the driving frequency for obtaining high output power is small, and output power control using a feedback circuit can be easily performed.

【0015】また、本発明では、圧電基板が、モル比に
よる組成式を、Pb1-xx[(Nb eYbfCogMnh
a(TibZr1-b1-a]O3と表したとき、前記a、
b、xが、 0.05≦a≦0.20 0.5≦b≦0.6 0.02≦x≦0.10 Aは、Ba、Sr及びCaから選ばれる少なくとも一種
を満足することが望ましい。
Further, according to the present invention, the piezoelectric substrate has a molar ratio of
The composition formula according to1-xAx[(Nb eYbfCogMnh)
a(TibZr1-b)1-a] OThreeWhen expressed as above, a,
b and x are 0.05 ≦ a ≦ 0.20 0.5 ≦ b ≦ 0.6 0.02 ≦ x ≦ 0.10 A is at least one selected from Ba, Sr and Ca
It is desirable to satisfy

【0016】このような組成を有することにより、より
高い出力電力が得られるとともに、圧電基板の幅方向に
おける弾性定数の温度係数の絶対値をさらに小さくで
き、圧電トランスの外周温度上昇による高い出力電力を
得る駆動周波数の変化をさらに小さくすることができ
る。
By having such a composition, higher output power can be obtained, and the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate can be further reduced. , The change in the driving frequency can be further reduced.

【0017】また、本発明では、圧電基板が、Pb(Z
rTi)O3型複合酸化物からなるペロブスカイト型酸
化物粒子を主結晶粒子とし、該主結晶粒子の粒界にZr
2粒子が存在することが望ましい。これにより、工程
を複雑化させずに圧電基板の強度を向上することができ
るとともに、幅方向の弾性定数の変動をさらに小さくで
きる。
In the present invention, the piezoelectric substrate is made of Pb (Z
The main crystal particles are perovskite type oxide particles composed of rTi) O 3 type composite oxide, and Zr is formed at the grain boundary of the main crystal particles.
Desirably, O 2 particles are present. Thereby, the strength of the piezoelectric substrate can be improved without complicating the process, and the variation in the elastic constant in the width direction can be further reduced.

【0018】また、本発明は、特に、圧電基板の長さ方
向に、第1電圧入力部、電圧出力部、第2電圧入力部を
順次形成してなることが望ましい。さらに、本発明の圧
電トランスは、第1電圧入力部、第2電圧入力部への入
力電圧を、同振幅かつ同位相の交流信号で励振すること
で、大電力かつ高効率を得ることができる。
In the present invention, it is particularly preferable that a first voltage input portion, a voltage output portion, and a second voltage input portion are sequentially formed in the length direction of the piezoelectric substrate. Further, the piezoelectric transformer of the present invention can obtain high power and high efficiency by exciting the input voltages to the first voltage input unit and the second voltage input unit with AC signals having the same amplitude and the same phase. .

【0019】さらに、本発明は、電圧入力部および電圧
出力部における圧電基板の内部に、厚み方向に所定間隔
をおいて入力側電極、出力側電極がそれぞれ複数形成さ
れており、該入力側電極、出力側電極がそれぞれ交互に
電気的に接続されていることが望ましい。このように、
電圧入力部及び電圧出力部における圧電基板の内部に内
部電極を形成することにより、静電容量を任意に変更す
ることができ、昇降圧比を制御することができる。
Further, according to the present invention, a plurality of input side electrodes and a plurality of output side electrodes are formed at predetermined intervals in the thickness direction inside the piezoelectric substrate in the voltage input section and the voltage output section, respectively. , And the output side electrodes are desirably electrically connected alternately. in this way,
By forming the internal electrodes inside the piezoelectric substrate in the voltage input section and the voltage output section, the capacitance can be arbitrarily changed and the step-up / step-down ratio can be controlled.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の単板型圧電トランスは、
図1に示すように、厚さ方向に分極され、主面が長さ
L、幅Wである長方形状の圧電基板11の長さ方向に、
第1電圧入力部A1、電圧出力部B1、第2電圧入力部
C1が順次形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The single-plate type piezoelectric transformer of the present invention
As shown in FIG. 1, in the length direction of the rectangular piezoelectric substrate 11 which is polarized in the thickness direction and whose main surface is length L and width W,
A first voltage input section A1, a voltage output section B1, and a second voltage input section C1 are sequentially formed.

【0021】これらの第1電圧入力部A1、電圧出力部
B1、第2電圧入力部C1における圧電基板11の上側
の主面には、入力側電極12、出力側電極14、入力側
電極13がそれぞれ形成されており、これらの電極1
2、13、14は、圧電基板11の長さ方向に所定間隔
を置いて形成されている。また、圧電基板11の下側の
主面には、入力側電極15、出力側電極17、入力側電
極16が、圧電基板11の長さ方向に所定間隔を置いて
それぞれ形成されている。
An input electrode 12, an output electrode 14, and an input electrode 13 are provided on the upper main surface of the piezoelectric substrate 11 in the first voltage input section A1, the voltage output section B1, and the second voltage input section C1. Each of these electrodes 1
2, 13, and 14 are formed at predetermined intervals in the length direction of the piezoelectric substrate 11. On the lower main surface of the piezoelectric substrate 11, an input-side electrode 15, an output-side electrode 17, and an input-side electrode 16 are formed at predetermined intervals in the length direction of the piezoelectric substrate 11.

【0022】即ち、第1電圧入力部A1における圧電基
板11の両主面には、入力側電極12、15が形成さ
れ、電圧出力部B1における圧電基板11の両主面に
は、出力側電極14、17が形成され、第2電圧入力部
C1における圧電基板11の両主面には、入力側電極1
3、16が形成され、電極12〜17は、一辺が圧電基
板11の主面の幅Wと同一長さとされ、他辺は主面の長
さ方向にそれぞれ任意の長さ、例えばL1、L2、L3
とされている。
That is, input electrodes 12 and 15 are formed on both main surfaces of the piezoelectric substrate 11 in the first voltage input unit A1, and output electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric substrate 11 in the voltage output unit B1. 14 and 17 are formed, and the input side electrodes 1 are provided on both main surfaces of the piezoelectric substrate 11 in the second voltage input portion C1.
The electrodes 12 to 17 are formed such that one side has the same length as the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 11, and the other side has an arbitrary length in the length direction of the main surface, for example, L1, L2. , L3
It has been.

【0023】また、入力側電極12と入力側電極15が
同一寸法とされ、出力側電極14と出力側電極17が同
一寸法とされ、入力側電極13と入力側電極16が同一
寸法とされている。
The input electrode 12 and the input electrode 15 have the same size, the output electrode 14 and the output electrode 17 have the same size, and the input electrode 13 and the input electrode 16 have the same size. I have.

【0024】そして、本発明の圧電トランスでは、圧電
基板11の主面の長さLと幅Wの比(L/W)が1.1
〜1.4であることが重要である。圧電基板11の主面
の長さLと幅Wの比(L/W)を1.1〜1.4とする
ことにより、高いエネルギー変換効率を有することがで
きる。一方、圧電基板11の主面の長さLと幅Wの比
(L/W)が1.1よりも小さい場合もしくは1.4よ
りも大きい場合には、出力電力が低下したり、効率が低
下する。
In the piezoelectric transformer of the present invention, the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 11 is 1.1.
It is important that it is ~ 1.4. By setting the ratio (L / W) of the length L and the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 11 to 1.1 to 1.4, high energy conversion efficiency can be achieved. On the other hand, when the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 11 is smaller than 1.1 or larger than 1.4, the output power is reduced or the efficiency is reduced. descend.

【0025】また、本発明の圧電トランスでは、圧電基
板11の主面の長さLと駆動周波数Fとの積(F×L)
が4700〜6000kHz・mmとされている。
In the piezoelectric transformer of the present invention, the product of the length L of the main surface of the piezoelectric substrate 11 and the driving frequency F (F × L)
Is set to 4700 to 6000 kHz · mm.

【0026】本発明では、圧電基板11の主面の長さL
と幅Wの比(L/W)を1.1〜1.4とし、所定の駆
動周波数を選択することにより、圧電基板11の長さ方
向に振動する基本波が主体となるが、幅方向振動も加わ
った複合モードの振動が圧電基板11に発生し、中央部
に形成された電圧出力部においてもっとも大きな振動を
生じさせることができ、例えば、幅方向に最も励振する
振動を用いた場合よりも、電圧出力部に誘発される電荷
量が多くなり、高出力電力を得ることができる。
In the present invention, the length L of the main surface of the piezoelectric substrate 11
By setting the ratio (L / W) of the width and the width W to 1.1 to 1.4 and selecting a predetermined driving frequency, the fundamental wave that oscillates in the length direction of the piezoelectric substrate 11 is mainly used. The combined mode vibration including vibration is generated in the piezoelectric substrate 11, and the largest vibration can be generated in the voltage output portion formed in the center portion. For example, compared to the case where the most exciting vibration is used in the width direction, Also, the amount of charge induced in the voltage output unit increases, and high output power can be obtained.

【0027】圧電基板11の主面の長さLと駆動周波数
Fとの積(F×L)は、高出力電力が得られるという点
から4700〜6000kHz・mmであることが必要
である。従って、高出力電力かつ高効率を得るために
は、L/Wを1.1〜1.4とし、F×Lを4700〜
6000kHz・mmとすることが必要である。
The product (F × L) of the length L of the main surface of the piezoelectric substrate 11 and the driving frequency F needs to be 4700 to 6000 kHz · mm from the viewpoint that high output power can be obtained. Therefore, in order to obtain high output power and high efficiency, L / W is set to 1.1 to 1.4 and F × L is set to 4700 to
It is necessary to be 6000 kHz · mm.

【0028】本発明では、上記した構造で、駆動周波数
Fと主面の長さLとの積(F×L)を所定範囲に設定す
ることにより、高いエネルギー変換効率を有し、かつ高
入力電圧において用いることができる、高出力電力かつ
高効率の圧電トランスを実現できる。
According to the present invention, by setting the product (F × L) of the driving frequency F and the length L of the main surface in the above-mentioned structure in a predetermined range, high energy conversion efficiency and high input power can be obtained. A piezoelectric transformer with high output power and high efficiency that can be used at a voltage can be realized.

【0029】本発明の圧電トランスは、例えば、セラミ
ックスからなる圧電基板11に、電極12〜17を形成
した後、200℃のシリコーンオイル中にて、圧電基板
11の上面の3電極12、13、14と、圧電基板11
の下面の3電極15、16、17の間に直流電圧を印加
して、約30分間分極処理することにより得られる。
In the piezoelectric transformer of the present invention, for example, after forming electrodes 12 to 17 on a piezoelectric substrate 11 made of ceramics, the three electrodes 12, 13, and 13 on the upper surface of the piezoelectric substrate 11 are placed in silicone oil at 200 ° C. 14 and the piezoelectric substrate 11
Is obtained by applying a DC voltage between the three electrodes 15, 16 and 17 on the lower surface of the substrate and performing a polarization process for about 30 minutes.

【0030】圧電基板11は、圧電基板がPb(ZrT
i)O3型複合酸化物からなり、AサイトにBa、Sr
及びCaから選ばれる少なくとも一種を含有し、Bサイ
トにNb、Yb及びMnを含有するとともに、圧電基板
の幅方向における弾性定数の温度係数の絶対値が60p
pm/℃以下であることが重要である。
The piezoelectric substrate 11 is made of Pb (ZrT
i) It is composed of O 3 type composite oxide, and Ba, Sr
And at least one selected from Ca and Ca, Nb, Yb and Mn are contained in the B site, and the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate is 60 p.
It is important that the temperature be less than pm / ° C.

【0031】弾性定数の温度係数の絶対値を60ppm
/℃以下としたのは、60ppm/℃よりも大きくなる
と、外周温度の変化によって、高い電力を出力させる駆
動周波数が大きく変化するからである。特に、高い電力
を出力させるという点から、0〜30ppm/℃である
ことが望ましい。
The absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant is 60 ppm
The reason why the driving frequency for outputting high power is largely changed by the change of the outer peripheral temperature is higher than 60 ppm / ° C. In particular, from the viewpoint of outputting a high power, it is desirable to be 0 to 30 ppm / ° C.

【0032】圧電基板は、具体的には、モル比による組
成式を、Pb1-xx[(NbeYbfCogMnha(T
bZr1-b1-a]O3と表したとき、a、b、e、f、
g、h、xが、0.05≦a≦0.20、0.5≦b≦
0.6、0.60≦e≦0.65、0.10≦f≦0.
15、0.06≦g≦0.10、0.13≦h≦0.2
0、0.02≦x≦0.10、Aは、Ba、Sr及びC
aから選ばれる少なくとも一種を満足することが望まし
い。
The piezoelectric substrate is specifically a composition formula by molar ratio, Pb 1-x A x [ (Nb e Yb f Co g Mn h) a (T
i b Zr 1-b) when expressed as 1-a] O 3, a , b, e, f,
g, h, and x are 0.05 ≦ a ≦ 0.20, 0.5 ≦ b ≦
0.6, 0.60 ≦ e ≦ 0.65, 0.10 ≦ f ≦ 0.
15, 0.06 ≦ g ≦ 0.10, 0.13 ≦ h ≦ 0.2
0, 0.02 ≦ x ≦ 0.10, A is Ba, Sr and C
It is desirable to satisfy at least one selected from a.

【0033】ここで、a、b、e、f、g、h、xを上
記の範囲に限定した理由について説明する。まず、T
i、Zrのサイトを置換する(NbeYbfCogMnh
は、出力電力の向上に効果がある。特に、Mnの含有は
圧電基板の弾性損失を低減するため出力電力を大きくで
きる。第三成分量aが0.05未満であると出力電力向
上効果が小さくなる傾向があり、0.20より大きい場
合には焼結性が不足し弾性損失が増加するため、出力電
力は低下する傾向にある。
Here, the reason why a, b, e, f, g, h, and x are limited to the above ranges will be described. First, T
i, substituting the Zr site (Nb e Yb f Co g Mn h)
Is effective in improving the output power. In particular, the inclusion of Mn can increase the output power to reduce the elastic loss of the piezoelectric substrate. When the third component amount a is less than 0.05, the output power improving effect tends to be small, and when the third component amount a is more than 0.20, the sinterability is insufficient and the elastic loss increases, so that the output power decreases. There is a tendency.

【0034】Nb、Yb、Co、Mnのそれぞれの原子
比は、(NbeYbfCogMnh)と表した時、高出力電
力、高効率という点から、0.60≦e≦0.65、
0.10≦f≦0.15、0.06≦g≦0.10、
0.13≦h≦0.20を満足することが望ましい。
[0034] Nb, Yb, Co, each of the atomic ratio of Mn is, (Nb e Yb f Co g Mn h) and when expressed, high output power, in terms of high efficiency, 0.60 ≦ e ≦ 0. 65,
0.10 ≦ f ≦ 0.15, 0.06 ≦ g ≦ 0.10,
It is desirable to satisfy 0.13 ≦ h ≦ 0.20.

【0035】次に、Ti比bは弾性定数の温度係数の絶
対値を小さくする効果がある。比率bが上記範囲外であ
ると−20℃〜80℃における弾性定数の温度係数の絶
対値が大きくなり易く、出力電力の変動が大きくなる傾
向にある。
Next, the Ti ratio b has the effect of reducing the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant. If the ratio b is outside the above range, the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant at −20 ° C. to 80 ° C. tends to increase, and the fluctuation of the output power tends to increase.

【0036】また、Ba、Ca、Srのいずれか一種に
よるPbの置換は、弾性定数の温度係数の絶対値を小さ
くする効果があるが、xが0.10よりも多い置換は圧
電性を劣化させる傾向があり、また、0.02未満の置
換はその効果が小さい。
The substitution of Pb with any one of Ba, Ca and Sr has the effect of reducing the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant, but the substitution of x larger than 0.10 deteriorates the piezoelectricity. And substitutions less than 0.02 have less effect.

【0037】圧電基板は、Pb(ZrTi)O3型複合
酸化物からなるペロブスカイト型酸化物粒子を主結晶粒
子とし、該主結晶粒子の粒界にZrO2粒子が存在する
ことが望ましい。これにより、工程を複雑化させずに圧
電基板の強度を向上することができるとともに、幅方向
の弾性定数の変動をさらに小さくできる。
It is preferable that the piezoelectric substrate has perovskite oxide particles composed of Pb (ZrTi) O 3 type composite oxide as main crystal particles, and ZrO 2 particles exist at the grain boundaries of the main crystal particles. Thereby, the strength of the piezoelectric substrate can be improved without complicating the process, and the variation in the elastic constant in the width direction can be further reduced.

【0038】本発明者は、本発明の圧電トランスの振動
解析を、有限要素法を用いたコンピュータシミュレーシ
ョンにて行なった。解析条件としては、上記した圧電材
料を用い、図1の圧電トランス形状において、圧電基板
11の長さL=32.80mm、幅W=25.5mm、
厚みt=3.0mmとした。電圧入力部と電圧出力部の
間隔は1.2mmとした。第1及び第2電圧入力部に同
振幅、同位相の電圧を与え、圧電基板の変位量の分布を
求めた。
The present inventor performed a vibration analysis of the piezoelectric transformer of the present invention by computer simulation using the finite element method. As the analysis conditions, the above-described piezoelectric material was used, and in the piezoelectric transformer shape of FIG. 1, the length L of the piezoelectric substrate 11 was 32.80 mm, the width W was 25.5 mm,
The thickness t was set to 3.0 mm. The distance between the voltage input section and the voltage output section was 1.2 mm. Voltages having the same amplitude and the same phase were applied to the first and second voltage input sections, and the distribution of the displacement of the piezoelectric substrate was obtained.

【0039】図2は、駆動周波数Fとして69kHz
(F×L=2263.2kHz・mm)の幅方向に最も
励振する振動を用いた場合であり、図3に駆動周波数F
を159kHz(F×L=5215.2kHz・mm)
とした場合の圧電トランスの変位分布を示した。
FIG. 2 shows a driving frequency F of 69 kHz.
(F × L = 2263.2 kHz · mm) in the case of using the most exciting vibration in the width direction, and FIG.
Is 159 kHz (F × L = 5215.2 kHz · mm)
In this case, the displacement distribution of the piezoelectric transformer is shown.

【0040】駆動周波数Fとして69kHzを用いた場
合の圧電トランスでは、図2から理解されるように幅方
向の振動が生じており、電圧出力部が形成される圧電基
板の中央部では殆ど変位が生じていないことが判る。一
方、駆動周波数Fとして159kHzを用いた場合の圧
電トランスでは、変位分布を示す図3からわかるよう
に、電圧出力部に大きな変位が得られ、高い出力電力と
高い効率が得られることが判る。
In the case of a piezoelectric transformer using a driving frequency F of 69 kHz, vibrations in the width direction are generated as can be understood from FIG. 2, and almost no displacement occurs in the center of the piezoelectric substrate on which the voltage output portion is formed. It turns out that it has not occurred. On the other hand, in the piezoelectric transformer using the drive frequency F of 159 kHz, as can be seen from FIG. 3 showing the displacement distribution, a large displacement is obtained in the voltage output portion, and it is understood that high output power and high efficiency are obtained.

【0041】即ち、圧電トランスのエネルギー伝達は、
圧電基板11の振動によって行なわれるものであるか
ら、同形状の圧電基板11では、同振幅の入力電圧にて
変位量が大きいものほど、電圧出力部B1に誘発される
電荷量が多くなるため、図2よりも圧電基板11の中央
部の変位量が大きい図3の場合には、大出力電力が得ら
れ、高い効率が得られることが判る。これにより、L/
Wを1.1〜1.4とし、駆動周波数を制御することに
より、図3に示す振動を生じさせることができることが
判る。
That is, the energy transfer of the piezoelectric transformer is as follows.
Since the vibration is performed by the vibration of the piezoelectric substrate 11, in the piezoelectric substrate 11 having the same shape, the larger the amount of displacement at the input voltage of the same amplitude, the larger the amount of electric charge induced in the voltage output unit B1. In the case of FIG. 3 in which the displacement of the central portion of the piezoelectric substrate 11 is larger than in FIG. 2, it can be seen that large output power is obtained and high efficiency is obtained. Thereby, L /
It can be seen that by setting W to 1.1 to 1.4 and controlling the drive frequency, the vibration shown in FIG. 3 can be generated.

【0042】また、本発明の圧電トランスは、分極方向
が単一方向であるため、ローゼン型圧電トランスと比較
して、基板の長さ方向について分極処理の必要がないた
め、製造工程を簡略化でき、厚さ方向に分極するため分
極電圧を低くすることが可能であり、製造工程における
安全性を向上できる。
Further, since the piezoelectric transformer of the present invention has a single polarization direction, there is no need to perform a polarization process in the length direction of the substrate, as compared with the Rosen type piezoelectric transformer. As a result, the polarization voltage can be reduced because the polarization is performed in the thickness direction, and the safety in the manufacturing process can be improved.

【0043】図4は、本発明の積層型圧電トランスを示
すもので、この積層型圧電トランスは、主面が長さL、
幅Wの長方形状の圧電基板21に、その長さ方向に、第
1電圧入力部A2、電圧出力部B2、第2電圧入力部C
2が順次形成されている。
FIG. 4 shows a multi-layer piezoelectric transformer according to the present invention.
A first voltage input portion A2, a voltage output portion B2, and a second voltage input portion C are provided on a rectangular piezoelectric substrate 21 having a width W in the longitudinal direction.
2 are sequentially formed.

【0044】これらの第1電圧入力部A2、電圧出力部
B2、第2電圧入力部C2における圧電基板21の上側
の主面には、入力側電極22a、出力側電極24a、入
力側電極23aがそれぞれ形成されており、これらの電
極22a、23a、24aは、圧電基板21の長さ方向
に所定間隔を置いて形成されている。また、圧電基板2
1の下側の主面には、入力側電極22d、出力側電極2
4j、入力側電極23dが、圧電基板21の長さ方向に
所定間隔を置いてそれぞれ形成されている。
An input side electrode 22a, an output side electrode 24a, and an input side electrode 23a are provided on the upper main surface of the piezoelectric substrate 21 in the first voltage input section A2, the voltage output section B2, and the second voltage input section C2. The electrodes 22a, 23a, and 24a are formed at predetermined intervals in the length direction of the piezoelectric substrate 21. Also, the piezoelectric substrate 2
1, the input side electrode 22d, the output side electrode 2
4j and input-side electrodes 23d are formed at predetermined intervals in the length direction of the piezoelectric substrate 21.

【0045】第1電圧入力部A2における圧電基板21
の内部には、入力側電極22b、22cが形成され、電
圧出力部B2における圧電基板21の内部には、出力側
電極24b〜24iが形成され、第2電圧入力部C2に
おける圧電基板21の内部には、入力側電極23b、2
3cが形成されている。
The piezoelectric substrate 21 in the first voltage input section A2
, Input-side electrodes 22b and 22c are formed inside the piezoelectric substrate 21 in the voltage output unit B2, and output-side electrodes 24b to 24i are formed inside the piezoelectric substrate 21 in the voltage output unit B2. Have input electrodes 23b, 2
3c is formed.

【0046】入力側電極22a〜22dは同一寸法とさ
れ、出力側電極24a〜24jは同一寸法とされ、入力
側電極23a〜23dは同一寸法とされている。入力側
電極22a、23a、出力側電極24aが圧電基板21
の上側の主面において同一平面上に設けられ、入力側電
極22b、23b、出力側電極24dが圧電基板21の
内部において同一平面上に設けられ、入力側電極22
c、23c、出力側電極24gが圧電基板21の内部に
おいて同一平面上に設けられ、さらに、入力側電極22
d、23d、出力側電極24jが圧電基板21の下側の
主面において同一平面上に設けられている。尚、図4の
出力側電極については一部のみ符号を付した。
The input electrodes 22a to 22d have the same dimensions, the output electrodes 24a to 24j have the same dimensions, and the input electrodes 23a to 23d have the same dimensions. The input side electrodes 22a and 23a and the output side electrode 24a
The input side electrodes 22 b and 23 b and the output side electrode 24 d are provided on the same plane inside the piezoelectric substrate 21, and the input side electrodes 22 b
c, 23c and an output-side electrode 24g are provided on the same plane inside the piezoelectric substrate 21.
d, 23 d and an output-side electrode 24 j are provided on the same plane on the lower main surface of the piezoelectric substrate 21. Note that the output side electrodes in FIG.

【0047】入力側電極22a〜22dは、圧電基板2
1の両側面に形成された一対の外部電極25a1、25
a2により交互に接続され、出力側電極24a〜24j
は一対の外部電極25b1、25b2により交互に接続
され、入力側電極23a〜23dは一対の外部電極25
c1、25c2により交互に接続されている。
The input side electrodes 22a to 22d are
1 pair of external electrodes 25a1, 25 formed on both side surfaces
a2, the output side electrodes 24a to 24j
Are alternately connected by a pair of external electrodes 25b1 and 25b2, and the input-side electrodes 23a to 23d are
They are connected alternately by c1 and 25c2.

【0048】そして、この圧電トランスにおいても、図
1に示す圧電トランスと同様に、圧電基板21の主面の
長さLと幅Wの比(L/W)が1.1〜1.4であり、
かつ圧電基板21の主面の長さLと駆動周波数Fとの積
(F×L)が4700〜6000kHz・mmであるこ
とが重要である。圧電基板21の主面の長さLと幅Wの
比(L/W)、圧電基板の主面の長さLと幅Wの比(L
/W)を所定範囲に設定した理由、特に望ましい範囲
は、上記と同様である。圧電基板21材料についても上
記と同様である。
Also in this piezoelectric transformer, as in the piezoelectric transformer shown in FIG. 1, the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 21 is 1.1 to 1.4. Yes,
It is important that the product (F × L) of the length L of the main surface of the piezoelectric substrate 21 and the driving frequency F is 4700 to 6000 kHz · mm. The ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 21 and the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate 21
/ W) is set in the predetermined range, and particularly the preferable range is the same as above. The same applies to the material of the piezoelectric substrate 21.

【0049】このような積層型圧電トランスでは、図1
に示す圧電トランスと同様の効果を得ることができる
が、図4に示す積層型圧電トランスでは、さらに出力側
電極の面積を増加できるため、同じ長さと幅を持つ単板
型圧電トランスに比べて出力電流を大きく取ることがで
きる。
In such a laminated piezoelectric transformer, FIG.
Although the same effect as the piezoelectric transformer shown in FIG. 4 can be obtained, the multilayer piezoelectric transformer shown in FIG. 4 can further increase the area of the output-side electrode, and thus can be compared with a single-plate piezoelectric transformer having the same length and width. A large output current can be obtained.

【0050】また、圧電トランスにおける電圧の昇降圧
比(=V2/V1)は、入力側静電容量をCd1、出力
側静電容量をCd2とすると、V2/V1∝(Cd1/
Cd2)1/2となることから、圧電トランスを積層化す
ることでCd1、Cd2を制御し、昇降圧比を任意に設
定することができる。即ち、本発明の圧電トランスは、
昇降圧比を任意に決定することで、昇降圧コンバータも
しくは昇降圧インバータに好適に用いることができる。
尚、図9に示すように、電圧入力部に内部電極を形成し
ないものであっても良い。
The voltage step-up / step-down ratio (= V2 / V1) of the piezoelectric transformer is given by V2 / V1∝ (Cd1 / Cd1 / Cd1) where Cd1 is the input-side capacitance and Cd2 is the output-side capacitance.
Since Cd2) 1/2 , Cd1 and Cd2 can be controlled by stacking piezoelectric transformers, and the step-up / step-down ratio can be set arbitrarily. That is, the piezoelectric transformer of the present invention
By arbitrarily determining the buck-boost ratio, the buck-boost converter can be suitably used for a buck-boost converter or a buck-boost inverter.
Note that, as shown in FIG. 9, the internal electrode may not be formed in the voltage input section.

【0051】このような圧電トランスの製造方法につい
て説明する。本発明の圧電基板は、例えば、次のように
して製造することができる。まず、出発原料として、P
bO、TiO2、ZrO2、Nb25、Co34、Yb2
3、MnO2さらに、BaCO3、SrCO3、CaCO
3の各粉末を所定の割合で湿式混合し、排出、乾燥後整
粒を行い、Al23製坩堝等に投入し、850〜105
0℃の温度で3〜5時間仮焼し、仮焼粉を得る。
A method for manufacturing such a piezoelectric transformer will be described. The piezoelectric substrate of the present invention can be manufactured, for example, as follows. First, as a starting material, P
bO, TiO 2, ZrO 2, Nb 2 O 5, Co 3 O 4, Yb 2
O 3 , MnO 2 , BaCO 3 , SrCO 3 , CaCO
Each powder 3 were wet-mixed in a predetermined ratio, discharge, and dried after sizing, it was placed in made of Al 2 O 3 crucible or the like, 850-105
Calcination at a temperature of 0 ° C. for 3 to 5 hours to obtain a calcined powder.

【0052】この粉末に有機バインダーを混合し、金型
プレス、静水圧プレス等により所望の形状に成形した
後、大気中などの酸素含有雰囲気において、1050〜
1350℃で2〜5時間焼成することによって磁器を得
ることができる。得られた磁器の両主面に第一電圧入力
部、第二電圧入力部、電圧出力部を焼き付けや蒸着等の
手法により電極を形成し単板を得る。
An organic binder is mixed with the powder and molded into a desired shape by a die press, a hydrostatic press or the like.
Porcelain can be obtained by firing at 1350 ° C. for 2 to 5 hours. The first voltage input section, the second voltage input section, and the voltage output section are formed on both main surfaces of the obtained porcelain by a technique such as baking or vapor deposition to obtain a single plate.

【0053】また、電圧入力部及び電圧出力部を内部電
極に設けた積層体とする場合は、まず、得られた仮焼粉
を用いて、ドクターブレード法やカレンダリング法等に
より所望の厚みを有したセラミックグリーンシートを作
製する。
In the case of forming a laminate in which the voltage input section and the voltage output section are provided on the internal electrode, first, the calcined powder obtained is used to obtain a desired thickness by a doctor blade method, a calendaring method or the like. A ceramic green sheet having the same is produced.

【0054】次いで、このセラミックグリーンシートの
片面に、例えばAg−Pdペーストのような高耐熱性の
導電ペーストをスクリーン印刷する。この場合に、図5
に示すように、入力側電極となるパターン36と出力側
電極となるパターン37が形成されたグリーンシート3
1と、出力側電極となるパターン37のみが形成された
グリーンシート32を作製し、これらを図5に示すよう
に積層し、これを熱間プレスにより圧着し、一体化さ
せ、400〜500℃で加熱して脱脂を行った後、11
00〜1300℃の温度で2〜4時間焼成することによ
って積層体磁器を得ることができる。尚、図5には、一
部のグリーンシートのみ記載した。
Next, a high heat-resistant conductive paste such as an Ag-Pd paste is screen-printed on one surface of the ceramic green sheet. In this case, FIG.
As shown in FIG. 5, the green sheet 3 on which the pattern 36 serving as an input electrode and the pattern 37 serving as an output electrode are formed.
5 and a green sheet 32 on which only a pattern 37 to be an output-side electrode is formed, and these are laminated as shown in FIG. After degreasing by heating in
By firing at a temperature of 00 to 1300 ° C. for 2 to 4 hours, a laminated ceramic can be obtained. FIG. 5 shows only a part of the green sheets.

【0055】次に焼結体の両側面に外部電極として導電
ペーストを塗布する。入力側電極22a〜22dは、一
対の外部電極25a1、25a2により一層毎に交互に
接続されている。出力側電極24a〜24jは一対の外
部電極25b1、25b2により一層毎に交互に接続さ
れている。さらに、入力側電極23a〜23dは一対の
外部電極25c1、25c2により交互に接続されてい
る。即ち、入力側電極、出力側電極は、積層型コンデン
サや積層型圧電アクチュエータのような構造であり、内
部電極が外部電極により一層おきに接続されている。
Next, a conductive paste is applied to both sides of the sintered body as external electrodes. The input electrodes 22a to 22d are alternately connected to each other by a pair of external electrodes 25a1 and 25a2. The output electrodes 24a to 24j are alternately connected to each other by a pair of external electrodes 25b1 and 25b2. Further, the input-side electrodes 23a to 23d are alternately connected by a pair of external electrodes 25c1 and 25c2. That is, the input-side electrode and the output-side electrode have a structure like a multilayer capacitor or a multilayer piezoelectric actuator, and the internal electrodes are connected alternately by the external electrodes.

【0056】次に、得られた単板及び積層体の両主面に
形成された入力側電極22a〜22d、23a〜23d
及び出力側電極24a〜24jに、それぞれ80〜20
0℃の絶縁性オイル中で1.0〜5.0kV/mmの直
流電界を10〜60分印加し分極処理を行い、圧電トラ
ンスを得る。
Next, input-side electrodes 22a to 22d and 23a to 23d formed on both main surfaces of the obtained single plate and laminate are obtained.
And 80 to 20 on the output side electrodes 24a to 24j, respectively.
A piezoelectric field is obtained by applying a DC electric field of 1.0 to 5.0 kV / mm in an insulating oil at 0 ° C. for 10 to 60 minutes to perform a polarization process.

【0057】また、粒界部にZrO2を主成分とした粒
子が析出した圧電基板は、出発原料中のZrO2の一部
をY23,Nd23等希土類金属やMgOやCaOで安
定化もしくは部分安定化されたZrO2で置換したり、
Pb量を微量減少させた組成としたり、仮焼粉末に上記
安定化もしくは部分安定化ZrO2をすることにより作
製できる。
[0057] Further, the piezoelectric substrate particles mainly composed of ZrO 2 was deposited in the grain boundary part, the part of the ZrO 2 in the starting material Y 2 O 3, Nd 2 O 3 or the like rare earth metals and MgO or CaO With ZrO 2 stabilized or partially stabilized with
It can be produced by using a composition in which the amount of Pb is slightly reduced, or by applying the stabilized or partially stabilized ZrO 2 to the calcined powder.

【0058】なお、使用する原料粉末としては炭酸塩や
酸化物だけでなく、酢酸塩または有機金属などの化合物
のいずれであっても、焼成などの熱処理プロセスによっ
て酸化物になるものであれば差し支えない。
The raw material powder to be used is not limited to carbonates and oxides, but may be compounds such as acetates or organic metals as long as they become oxides by a heat treatment process such as firing. Absent.

【0059】また、本発明の圧電磁器においては、原料
粉末などに微少量含まれるRbやHf、Si、Al、S
b、Fe、積層体の内部電極から磁器内部に拡散するA
gなどの不可避不純物が混入する場合があるが、特性に
影響のない範囲であれば何ら差し支えない。
In the piezoelectric ceramic according to the present invention, Rb, Hf, Si, Al, S
b, Fe, A diffused from the internal electrode of the laminate into the porcelain
Although unavoidable impurities such as g may be mixed in, there is no problem as long as the characteristics are not affected.

【0060】また、積層型圧電トランスの上下面を、外
部との絶縁を取るために、同一組成からなる圧電セラミ
ックスで覆ってもよい。また、圧電基板21の主面に入
力側電極、出力側電極を形成せず、内部のみ形成しても
良い。
Further, the upper and lower surfaces of the laminated piezoelectric transformer may be covered with piezoelectric ceramics having the same composition in order to provide insulation from the outside. Further, the input side electrode and the output side electrode may not be formed on the main surface of the piezoelectric substrate 21 and may be formed only inside.

【0061】[0061]

【実施例】実施例1 出発原料として、PbO、TiO2、ZrO2、Nb
25、Co34、Yb23、MnO2の各粉末を用い、
秤量混合し、この混合粉末を5mmφのZrO2ボール
を用いて20時間湿式混合し、排出、乾燥後整粒を行
い、Al23製坩堝に投入し、950℃の温度で3時間
仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕した。
EXAMPLE 1 PbO, TiO 2 , ZrO 2 , Nb
Using each powder of 2 O 5 , Co 3 O 4 , Yb 2 O 3 , MnO 2 ,
Weighed and mixed, this mixed powder was wet-mixed using a 5 mmφ ZrO 2 ball for 20 hours, discharged, dried, sized, poured into an Al 2 O 3 crucible, and calcined at 950 ° C. for 3 hours. Then, the calcined product was pulverized again by a ball mill.

【0062】その後、この粉砕物に、有機バインダーを
混合し、造粒した。得られた粉末を150MPaの圧力
で長さ37mm、幅25mm、厚さ4mmの寸法からな
る角板にプレス成形した。さらに、これらの成形体をM
gO等からなる容器内に密閉し、大気中で1200℃の
温度で2時間焼成し、Pb0.96Sr0.04[(Nb0.62 5
Yb0.125Co0.083Mn0.1670.1(Ti0.506Zr
0.4940.9]O3からなる焼結体を得た。
Thereafter, an organic binder was mixed with the pulverized product and granulated. The obtained powder was press-formed at a pressure of 150 MPa into a square plate having a length of 37 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 4 mm. Furthermore, these compacts are
sealed in a container made of gO or the like, and calcined for 2 hours at a temperature of 1200 ° C. in air, Pb 0.96 Sr 0.04 [(Nb 0.62 5
Yb 0.125 Co 0.083 Mn 0.167 ) 0.1 (Ti 0.506 Zr
0.494 ) 0.9 ] O 3 was obtained.

【0063】得られた焼結体を研磨して圧電基板を作製
し、銀とガラスを主成分とする電極ペーストを圧電基板
の両表面に塗布し、焼き付け、さらに、200℃のシリ
コンオイル中で1.1kV/mmの直流電界を10分間
印加して分極処理を行い、図1に示す入力側電極及び出
力側電極を有する単板型圧電トランスを作製した。
The obtained sintered body is polished to produce a piezoelectric substrate, and an electrode paste containing silver and glass as main components is applied to both surfaces of the piezoelectric substrate, baked, and further baked in silicon oil at 200 ° C. A polarization treatment was performed by applying a DC electric field of 1.1 kV / mm for 10 minutes to produce a single-plate type piezoelectric transformer having an input electrode and an output electrode shown in FIG.

【0064】圧電トランス形状は、長さL25.47m
m、幅W19.8mm、厚み3.3mmとし、振動モー
ドと、出力電力、出力電圧、効率の関係について調査し
た。測定回路は、図7に示すように、圧電トランスの入
力側電極(1次側電極)を入力とし、出力側電極(2次
側電極)を出力として、この出力側電極に負荷抵抗RL
を接続した。ここではRL=500Ωとした。入力電圧
は141Vppの正弦波とし、幅方向に最も励振する
振動の周波数84kHz〜94kHzのうち88.2k
Hz、本発明における圧電トランスの周波数198k
Hz〜210kHzのうち203.5kHzを入力電源
から入力側電極に印加し、入力電流(App)、電圧と
電流の位相差を測定することで電力を求めた。出力側電
極からの出力電圧(Vpp)、出力電流(App)及び
位相差を測定することで出力電力(W)を求めた。効率
(%)は最大出力電力及び最大入力電力より求めた。結
果を表1に記載した。
The shape of the piezoelectric transformer has a length L of 25.47 m.
m, the width W was 19.8 mm, and the thickness was 3.3 mm, and the relationship between the vibration mode, output power, output voltage, and efficiency was investigated. As shown in FIG. 7, the measuring circuit receives the input electrode (primary electrode) of the piezoelectric transformer as an input, outputs the output electrode (secondary electrode), and outputs a load resistance RL to the output electrode.
Connected. Here, RL = 500Ω. The input voltage is a sine wave of 141 Vpp, and 88.2 k of the frequency of the vibration most excited in the width direction of 84 kHz to 94 kHz.
Hz, frequency 198 k of the piezoelectric transformer in the present invention
From 20 Hz to 210 kHz, 203.5 kHz was applied from the input power source to the input electrode, and the power was determined by measuring the input current (App) and the phase difference between the voltage and the current. The output power (W) was obtained by measuring the output voltage (Vpp), output current (App), and phase difference from the output side electrode. The efficiency (%) was obtained from the maximum output power and the maximum input power. The results are shown in Table 1.

【0065】また、圧電基板における幅方向の弾性定数
の温度係数δs11 Eを、日本電子材料工業会標準規格E
MAS−6100に準じて求めた弾性定数を基に、 δs11 E=[s11 E (temp.)―s11 E (+25 )]÷s11 E (+25
)/(temp.−25)×106 [単位:ppm
/℃] の式から算出したところ、圧電基板における幅方向の弾
性定数の温度係数δs11 Eは、50ppm/℃であっ
た。
The elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate
Temperature coefficient δs11 ETo the Electronic Materials Industries Association of Japan
Based on the elastic constant obtained according to MAS-6100, δs11 E= [S11 E (temp.)-S11 E (+25 ° C )] ÷ s11 E (+25
° C )/(Temp.-25)×106 [Unit: ppm
/ ° C] calculated from the equation
Temperature coefficient of sex constant δs11 EIs 50 ppm / ° C.
Was.

【0066】[0066]

【表1】 [Table 1]

【0067】この表1から、203.5kHzの駆動周
波数を用いた圧電トランスでは、88.2kHzの駆動
周波数を用いた圧電トランスと比較して高い出力電力と
高い効率が得られることが判る。図8は、203.5k
Hzの駆動周波数を用いた圧電トランスの出力電力及び
効率の周波数特性を示す図である。図8から、この圧電
トランスでは、周波数の変動に対して効率が96%程度
とほぼ一定であるため、出力電力の制御を周波数で容易
に行なえることが判る。
From Table 1, it can be seen that a piezoelectric transformer using a driving frequency of 203.5 kHz can obtain higher output power and higher efficiency than a piezoelectric transformer using a driving frequency of 88.2 kHz. FIG. 8 shows the 203.5k
FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of output power and efficiency of a piezoelectric transformer using a driving frequency of Hz. From FIG. 8, it can be seen that in this piezoelectric transformer, the output power can be easily controlled by the frequency because the efficiency is almost constant at about 96% with respect to the fluctuation of the frequency.

【0068】実施例2 本発明者は、圧電トランスの形状と駆動周波数の関係に
ついて調査した。実施例1と同一材料、製法を用い、幅
Wが19.8mm、厚みはすべて3.3mmとし、長さ
Lを20.79〜28.71mmまで変更した圧電トラ
ンスを用意した。次に、圧電トランスを200℃のシリ
コーンオイル中で1.1kV/mmの直流電圧を印加
し、10分間分極を行い、圧電基板の厚み方向に分極し
た。
Example 2 The present inventors investigated the relationship between the shape of the piezoelectric transformer and the driving frequency. Using the same material and manufacturing method as in Example 1, a piezoelectric transformer was prepared in which the width W was 19.8 mm, the thickness was all 3.3 mm, and the length L was changed from 20.79 to 28.71 mm. Next, a DC voltage of 1.1 kV / mm was applied to the piezoelectric transformer in silicone oil at 200 ° C., and polarization was performed for 10 minutes, thereby polarizing the piezoelectric substrate in the thickness direction.

【0069】測定回路は、図7に示すように、圧電トラ
ンスの入力側電極(1次側電極)を入力とし、出力側電
極(2次側電極)を出力として、この出力側電極に負荷
抵抗RLを接続した。ここではRL=500Ωとした。
入力電圧として141Vpp、表2に示す周波数の正弦
波を入力電源から入力側電極に印加し、入力電流(Ap
p)及び位相を測定することで電力を求めた。
As shown in FIG. 7, the measuring circuit receives the input electrode (primary electrode) of the piezoelectric transformer as an input, outputs the output electrode (secondary electrode) as an output, and applies a load resistance to the output electrode. RL was connected. Here, RL = 500Ω.
A sine wave having an input voltage of 141 Vpp and a frequency shown in Table 2 is applied from the input power source to the input side electrode, and the input current (Ap
Power was determined by measuring p) and phase.

【0070】一方、出力側電極からの出力電圧(Vp
p)、出力電流(App)及び位相を測定することで出
力電力(W)を求めた。効率(%)は最大出力電力及び
最大入力電力より求め、結果を表2に記載した。
On the other hand, the output voltage (Vp
p), output current (App) and phase were measured to determine output power (W). The efficiency (%) was obtained from the maximum output power and the maximum input power, and the results are shown in Table 2.

【0071】[0071]

【表2】 [Table 2]

【0072】この表2から、本発明の圧電トランスで
は、本発明の圧電トランスでは、長さLと幅Wの関係
が、1.1≦L/W≦1.4であり、かつ長さLと圧電
トランスの駆動周波数Fが4700kHz・mm≦F×
L≦6000kHz・mmである場合に、出力電力16
W以上かつ効率92.6%以上となり、高い出力電力と
高い効率が得られることが判る。
From Table 2, in the piezoelectric transformer of the present invention, in the piezoelectric transformer of the present invention, the relationship between the length L and the width W is 1.1 ≦ L / W ≦ 1.4 and the length L And the driving frequency F of the piezoelectric transformer is 4700 kHz · mm ≦ F ×
When L ≦ 6000 kHz · mm, the output power 16
It is higher than W and the efficiency is 92.6% or higher, indicating that high output power and high efficiency can be obtained.

【0073】実施例3 出発原料として、PbO、TiO2、ZrO2、Nb
25、Co34、Yb23、MnO2の各粉末を用い、
Pb1-xx[(NbeYbfCogMnha(TibZr
1-b1-a]O3と表したとき、a、b、e、f、g、
h、xが表3に示す値となるように秤量し、この混合粉
末を5mmφのZrO2ボールを用いて20時間湿式混
合し、排出、乾燥後整粒を行い、Al23製坩堝に投入
し、950℃の温度で3時間仮焼し、当該仮焼物を再び
ボールミルで粉砕した。
Example 3 PbO, TiO 2 , ZrO 2 , Nb
Using each powder of 2 O 5 , Co 3 O 4 , Yb 2 O 3 , MnO 2 ,
Pb 1-x A x [( Nb e Yb f Co g Mn h) a (Ti b Zr
1-b ) 1-a ] O 3 , a, b, e, f, g,
The powders were weighed so that h and x became the values shown in Table 3, and the mixed powder was wet-mixed using a 5 mmφ ZrO 2 ball for 20 hours, discharged, dried, sized, and placed in an Al 2 O 3 crucible. It was thrown in and calcined at a temperature of 950 ° C. for 3 hours.

【0074】その後、この粉砕物に、有機バインダーを
混合し、造粒した。得られた粉末を150MPaの圧力
で角板にプレス成形した。さらに、これらの成形体をM
gO等からなる容器内に密閉し、大気中で1200℃の
温度で2時間焼成した。
Thereafter, an organic binder was mixed with the pulverized product and granulated. The obtained powder was pressed into a square plate at a pressure of 150 MPa. Furthermore, these compacts are
The container was sealed in a container made of gO or the like, and fired in the air at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours.

【0075】得られた焼結体を研磨して圧電基板を作製
し、銀とガラスを主成分とする電極ペーストを圧電基板
の両表面に塗布し、焼き付け、さらに、200℃のシリ
コンオイル中で1.1kV/mmの直流電界を10分間
印加して分極処理を行い、図1に示す入力側電極及び出
力側電極を有する単板型圧電トランスを作製した。
The obtained sintered body is polished to produce a piezoelectric substrate, and an electrode paste containing silver and glass as main components is applied to both surfaces of the piezoelectric substrate, baked, and further baked in silicon oil at 200 ° C. A polarization treatment was performed by applying a DC electric field of 1.1 kV / mm for 10 minutes to produce a single-plate type piezoelectric transformer having an input electrode and an output electrode shown in FIG.

【0076】圧電トランス形状は、長さL25.47m
m、幅W19.8mm、厚み3.3mmとし、測定回路
は、図7に示すように、圧電トランスの入力側電極(1
次側電極)を入力とし、出力側電極(2次側電極)を出
力として、この出力側電極に負荷抵抗RLを接続した。
ここではRL=500Ωとした。
The shape of the piezoelectric transformer has a length L of 25.47 m.
m, a width W of 19.8 mm, and a thickness of 3.3 mm. As shown in FIG.
The output electrode (secondary electrode) was used as an output, and a load resistor RL was connected to the output electrode.
Here, RL = 500Ω.

【0077】出力電力の温度特性は、駆動周波数を固定
し、−20℃と+25℃、+80℃における出力電力を
評価し、出力電力の変動率δPoutを、 δPout=[Pout(max.)―Pout(min.)]÷Pout(+25
)×100[単位:%] の式により算出した。
The temperature characteristics of the output power are determined by fixing the driving frequency, evaluating the output power at −20 ° C., + 25 ° C., and + 80 ° C., and calculating the variation rate δP out of the output power by δP out = [P out (max. ) -P out (min.) ] ÷ P out (+25
) × 100 [unit:%]

【0078】ここで、Pout(max.)は3点の測定温度で
の最大出力電力を、Pout(min.)は最小出力電力を、P
out(+25 )は25℃における出力電力を表す。
Here, P out (max.) Is the maximum output power at three measured temperatures, P out (min.) Is the minimum output power, and P out (max.)
out (+ 25 ° C. ) represents the output power at 25 ° C.

【0079】また、圧電基板における幅方向の弾性定数
の温度係数δs11 Eを上記と同様にして求めた。結果を
表3に示す。
The temperature coefficient δs 11 E of the elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate was determined in the same manner as described above. Table 3 shows the results.

【0080】[0080]

【表3】 [Table 3]

【0081】本発明の試料では、出力電力P.outが2
0W以上、出力電力の変動率が15%以下であり、高い
出力電力を有し、かつ出力電力特性の温度に対する変動
が小さいことが判る。
In the sample of the present invention, the output power P. out is 2
It can be seen that the output power fluctuation rate is 0 W or more and the fluctuation rate of the output power is 15% or less, the output power is high, and the fluctuation of the output power characteristic with respect to the temperature is small.

【0082】また、幅方向における弾性定数の温度係数
が48ppm/℃である試料No.4では駆動周波数2
70kHzにおける出力電力が26W、出力電力の変動
率が13.3%であり、幅方向における弾性定数の温度
係数が23ppm/℃である試料No.15では駆動周
波数272kHzにおける出力電力が23.8W、出力
電力の変動率が7.9%であった。
The sample No. having a temperature coefficient of elastic constant in the width direction of 48 ppm / ° C. 4 is driving frequency 2
Sample No. having an output power of 26 W at 70 kHz, a fluctuation rate of the output power of 13.3%, and a temperature coefficient of elastic constant in the width direction of 23 ppm / ° C. In No. 15, the output power at a drive frequency of 272 kHz was 23.8 W, and the fluctuation rate of the output power was 7.9%.

【0083】一方、Nb、Yb、Mnを含まない本発明
の範囲外である試料No.1では、幅方向における弾性
定数の温度係数が10ppm/℃で、駆動周波数265
kHzにおける出力電力が10W、出力電力の変動率が
3.0%であり、出力電力が低かった。また、温度係数
が70ppm/℃の試料No.2では、駆動周波数27
8kHzにおける出力電力が20W、出力電力の変動率
が30.0%であり、Ba、Sr、Caを含まない試料
No.16では温度係数が80ppm/℃で、駆動周波
数282kHzにおける出力電力が18.8W、出力電
力の変動率が50.0%であった。なお、表3中の本発
明の試料における効率は、90%以上であった。
On the other hand, Sample No. which does not contain Nb, Yb and Mn and is out of the scope of the present invention. In Example 1, the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction was 10 ppm / ° C., and the driving frequency was 265.
The output power at 10 kHz was 10 W, the fluctuation rate of the output power was 3.0%, and the output power was low. The sample No. having a temperature coefficient of 70 ppm / ° C. In 2, the driving frequency 27
The output power at 8 kHz was 20 W, the fluctuation rate of the output power was 30.0%, and the sample No. containing no Ba, Sr, and Ca. In No. 16, the temperature coefficient was 80 ppm / ° C., the output power at a drive frequency of 282 kHz was 18.8 W, and the fluctuation rate of the output power was 50.0%. The efficiency of the sample of the present invention in Table 3 was 90% or more.

【0084】実施例4 出発原料として、PbO、TiO2、ZrO2、Nb
25、Co34、Yb23、MnO2の各粉末を用い、
組成がPb0.96Sr0.04[(Nb0.625Yb0.125Co
0.083Mn0.1670.1(Ti0.506Zr0.4940.9]O3
で表される原料粉末を秤量後、5mmφのZrO2ボー
ルを用いて20時間湿式混合し、排出、乾燥後整粒を行
い、Al23製坩堝に投入し、950℃の温度で3時間
仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕する。
Example 4 As starting materials, PbO, TiO 2 , ZrO 2 , Nb
Using each powder of 2 O 5 , Co 3 O 4 , Yb 2 O 3 , MnO 2 ,
The composition is Pb 0.96 Sr 0.04 [(Nb 0.625 Yb 0.125 Co
0.083 Mn 0.167 ) 0.1 (Ti 0.506 Zr 0.494 ) 0.9 ] O 3
Is weighed, and wet-mixed using a 5 mmφ ZrO 2 ball for 20 hours, discharged, dried and sized, put into an Al 2 O 3 crucible, and heated at a temperature of 950 ° C. for 3 hours After calcining, the calcined product is pulverized again by a ball mill.

【0085】得られた粉砕物にバインダー、可塑剤を添
加し、有機溶剤中に分散させスラリーを作製する。得ら
れたスラリーを用いてドクターブレード法により厚み1
80μmのセラミックグリーンシートを作製した。この
グリーンシートの片面に、Ag−Pdペーストを図5に
示す形状となるようスクリーン印刷する。印刷されたグ
リーンシートを積層し、これを熱間プレスにより圧着し
一体化させ、400〜500℃で加熱により脱脂を行っ
た後、1120℃の温度で3時間焼成することによって
積層体磁器を得た。
A binder and a plasticizer are added to the obtained pulverized product and dispersed in an organic solvent to prepare a slurry. Using the obtained slurry, a thickness of 1
An 80 μm ceramic green sheet was produced. An Ag-Pd paste is screen-printed on one surface of the green sheet so as to have a shape shown in FIG. The printed green sheets are laminated, pressed and integrated by a hot press, degreased by heating at 400 to 500 ° C., and then fired at a temperature of 1120 ° C. for 3 hours to obtain a laminated body porcelain. Was.

【0086】得られた積層体磁器の両主面に銀とガラス
を主成分とする電極ペーストを塗布し、第一電圧入力
部、電圧出力部、第二電圧入力部を形成し、電極を焼き
付けた後、積層部分の側面に導電性ペーストにより磁器
内部の電極との接続を行い外部電極を形成した。
An electrode paste mainly composed of silver and glass is applied to both main surfaces of the obtained laminated ceramic to form a first voltage input portion, a voltage output portion, and a second voltage input portion, and the electrodes are baked. After that, external electrodes were formed on the side surfaces of the laminated portion by connection with electrodes inside the porcelain using a conductive paste.

【0087】次に、積層体の両主面に形成された電圧入
力電極及び電圧出力電極に、それぞれ200℃のシリコ
ンオイル中で1.1kV/mmの直流電界を30分印加
し分極処理を行い、積層型圧電トランスを得た。
Then, a DC electric field of 1.1 kV / mm was applied to the voltage input electrode and the voltage output electrode formed on both main surfaces of the laminate in silicon oil at 200 ° C. for 30 minutes, respectively, to perform a polarization treatment. Thus, a laminated piezoelectric transformer was obtained.

【0088】磁器の評価については実施例1に準じて行
った。その結果、駆動周波数272kHzにおける出力
電力が28.4W、出力電力の変動率が11.3%の特
性が得られた。積層体としても、その有効性が確認され
た。
The evaluation of the porcelain was performed according to the first embodiment. As a result, characteristics were obtained in which the output power at a drive frequency of 272 kHz was 28.4 W and the fluctuation rate of the output power was 11.3%. The effectiveness was confirmed also as a laminated body.

【0089】実施例5 以下に示す組成になるよう原料を秤量した。 Pb0.96Sr0.04[(Nb0.625Yb0.125Co0.083
0.1670.1(Ti0.507Zr0.4930.9]O3 この際、Zr比0.493のうち、通常のZrO2
0.420mol%、Y23で安定化されたZrO2
0.073mol%の比率で秤量した。この後、上記と
同様にして、単板型圧電トランスを作製した。
Example 5 Raw materials were weighed so as to have the composition shown below. Pb 0.96 Sr 0.04 [(Nb 0.625 Yb 0.125 Co 0.083 M
n 0.167) 0.1 (Ti 0.507 Zr 0.493) 0.9] O 3 Here, among the Zr ratio 0.493, 0.420mol% normal ZrO 2, the ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 0.073 mol %. Thereafter, a single-plate type piezoelectric transformer was manufactured in the same manner as described above.

【0090】この圧電トランスの駆動周波数275kH
zにおける出力電力が20.3W、出力電力の変動率が
5.4%の特性が得られた。圧電基板の弾性定数の温度
係数は、18ppm/℃であった。磁器内部を鏡面研磨
し、SEMにて磁器を観察した結果、磁器粒界部分に1
〜2μmのZrO2を主成分とする粒子の析出が確認さ
れた。また、JISR1601に従って抗折強度を評価
した。その結果、140MPaの抗折強度が得られた。
The driving frequency of this piezoelectric transformer is 275 kHz.
The characteristic that the output power at z was 20.3 W and the fluctuation rate of the output power was 5.4% was obtained. The temperature coefficient of the elastic constant of the piezoelectric substrate was 18 ppm / ° C. The inside of the porcelain was mirror-polished, and the porcelain was observed by SEM.
Precipitation of 22 μm particles mainly composed of ZrO 2 was confirmed. Also, the bending strength was evaluated according to JISR1601. As a result, a flexural strength of 140 MPa was obtained.

【0091】同様に表3における試料No.4の抗折強
度を評価したところ、120MPaであったことから、
磁器粒界部分に適量のZrO2を析出させることによ
り、磁器の抗折強度を向上できることが判る。
Similarly, the sample No. When the transverse rupture strength of No. 4 was evaluated, it was 120 MPa.
It can be seen that by depositing an appropriate amount of ZrO 2 at the porcelain grain boundary portion, the transverse rupture strength of the porcelain can be improved.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明の圧電トランスでは、幅方向にお
ける弾性定数の温度係数の絶対値が0〜60ppm/℃
であり、共振駆動により電力を出力する圧電トランスの
出力電力−周波数特性曲線の変動を抑制することによ
り、出力電力の変動を小さくすることができる。同時
に、圧電基板中にPb、Zr、Ti、Nb、Yb、Mn
と、Ba、Sr、Caから選ばれる少なくとも一種を含
有することで圧電基板の弾性損失を低下させ、出力電力
を大きくすることができる。また、圧電基板を所定の組
成とすることで、出力電力16W以上、出力電力の変動
率15%以下の優れた圧電トランスを得ることができ
る。
According to the piezoelectric transformer of the present invention, the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction is 0 to 60 ppm / ° C.
By suppressing the fluctuation of the output power-frequency characteristic curve of the piezoelectric transformer that outputs power by resonance driving, the fluctuation of the output power can be reduced. At the same time, Pb, Zr, Ti, Nb, Yb, Mn
By containing at least one selected from Ba, Sr, and Ca, the elastic loss of the piezoelectric substrate can be reduced, and the output power can be increased. In addition, when the piezoelectric substrate has a predetermined composition, an excellent piezoelectric transformer having an output power of 16 W or more and a fluctuation rate of the output power of 15% or less can be obtained.

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

【図1】本発明の単板型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing a single-plate type piezoelectric transformer of the present invention.

【図2】圧電基板の主面の長さLと駆動周波数Fとの積
(F×L)を2263.2kHz・mmとした場合の圧
電トランスの変位分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a displacement distribution of a piezoelectric transformer when a product (F × L) of a length L of a main surface of a piezoelectric substrate and a driving frequency F is 2263.2 kHz · mm.

【図3】圧電基板の主面の長さLと駆動周波数Fとの積
(F×L)を5215.2kHz・mmとした場合の圧
電トランスの変位分布を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a displacement distribution of a piezoelectric transformer when a product (F × L) of a length L of a main surface of a piezoelectric substrate and a driving frequency F is 5215.2 kHz · mm.

【図4】本発明の積層型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric transformer of the present invention.

【図5】図4の積層型圧電トランスの製造方法を説明す
るための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing the multilayer piezoelectric transformer of FIG.

【図6】本発明のDC−DCコンバータを示す説明図で
ある。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a DC-DC converter of the present invention.

【図7】本発明の圧電トランスの測定回路を示す斜視図
である。
FIG. 7 is a perspective view showing a measurement circuit of the piezoelectric transformer of the present invention.

【図8】実施例1の圧電トランスの出力電力と効率の周
波数特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating frequency characteristics of output power and efficiency of the piezoelectric transformer according to the first embodiment.

【図9】本発明の積層型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 9 is a perspective view showing a multilayer piezoelectric transformer of the present invention.

【図10】駆動周波数と出力電力の関係を示した図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a driving frequency and output power.

【図11】単板タイプの圧電トランスで、負荷抵抗を変
化させた場合の駆動周波数と出力電力の関係を示した図
である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a driving frequency and output power when a load resistance is changed in a single-plate type piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、21・・・圧電基板 12、13、15、16、22a〜d、23a〜d・・
・入力側電極 14、17、24a〜j・・・出力側電極 L・・・主面の長さ W・・・主面の幅 F・・・圧電トランスの駆動周波数 A1、A2・・・第1電圧入力部 B1、B2・・・電圧出力部 C1、C2・・・第2電圧入力部
11, 21,... Piezoelectric substrate 12, 13, 15, 16, 22a-d, 23a-d,.
-Input side electrodes 14, 17, 24a-j ... Output side electrodes L ... Length of main surface W ... Width of main surface F ... Drive frequency of piezoelectric transformer A1, A2 ... 1 voltage input section B1, B2 ... voltage output section C1, C2 ... second voltage input section

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】両主面が長さL、幅Wの長方形である圧電
基板の長さ方向に、電圧入力部、電圧出力部を交互に形
成し、前記電圧入力部、電圧出力部にそれぞれ入力側電
極、出力側電極を設けてなる圧電トランスにおいて、前
記圧電基板の主面の長さLと幅Wの比(L/W)が1.
1〜1.4であり、かつ前記圧電基板がPb(ZrT
i)O3型複合酸化物からなり、AサイトにBa、Sr
及びCaから選ばれる少なくとも一種を含有し、Bサイ
トにNb、Yb及びMnを含有するとともに、前記圧電
基板の幅方向における弾性定数の温度係数の絶対値が6
0ppm/℃以下であることを特徴とする圧電トラン
ス。
1. A voltage input portion and a voltage output portion are alternately formed in the length direction of a piezoelectric substrate having both main surfaces of a rectangular shape having a length L and a width W. In a piezoelectric transformer provided with an input side electrode and an output side electrode, the ratio (L / W) of the length L to the width W of the main surface of the piezoelectric substrate is 1.
1 to 1.4, and the piezoelectric substrate is made of Pb (ZrT
i) It is composed of O 3 type composite oxide, and Ba, Sr
And Ca at least one selected from the group consisting of Nb, Yb and Mn at the B site, and the absolute value of the temperature coefficient of the elastic constant in the width direction of the piezoelectric substrate is 6%.
A piezoelectric transformer characterized by being at most 0 ppm / ° C.
【請求項2】圧電基板が、モル比による組成式を、Pb
1-xx[(NbeYbfCogMnha(TibZr1-b
1-a]O3と表したとき、前記a、b、xが、 0.05≦a≦0.20 0.5≦b≦0.6 0.02≦x≦0.10 Aは、Ba、Sr及びCaから選ばれる少なくとも一種
を満足することを特徴とする請求項1記載の圧電トラン
ス。
2. The piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the composition formula based on the molar ratio is represented by Pb
1-x A x [(Nb e Yb f Co g Mn h) a (Ti b Zr 1-b)
1-a ] O 3 where a, b, and x are 0.05 ≦ a ≦ 0.20 0.5 ≦ b ≦ 0.6 0.02 ≦ x ≦ 0.10 A is Ba 2. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein at least one selected from the group consisting of Sr, Ca and Sr is satisfied.
【請求項3】圧電基板が、Pb(ZrTi)O3型複合
酸化物からなるペロブスカイト型酸化物粒子を主結晶粒
子とし、該主結晶粒子の粒界にZrO2粒子が存在する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の圧電トランス。
3. The piezoelectric substrate according to claim 1, wherein perovskite-type oxide particles composed of Pb (ZrTi) O 3 type composite oxide are used as main crystal particles, and ZrO 2 particles are present at the grain boundaries of the main crystal particles. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein:
【請求項4】圧電基板の主面の長さLと駆動周波数Fと
の積(F×L)が4700〜6000kHz・mmであ
ることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記
載の圧電トランス。
4. The method according to claim 1, wherein a product (F × L) of a length L of the main surface of the piezoelectric substrate and a driving frequency F is 4700 to 6000 kHz · mm. Piezoelectric transformer.
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