JP2003017772A - Piezoelectric ceramic transformer circuit - Google Patents

Piezoelectric ceramic transformer circuit

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JP2003017772A
JP2003017772A JP2001196551A JP2001196551A JP2003017772A JP 2003017772 A JP2003017772 A JP 2003017772A JP 2001196551 A JP2001196551 A JP 2001196551A JP 2001196551 A JP2001196551 A JP 2001196551A JP 2003017772 A JP2003017772 A JP 2003017772A
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piezoelectric ceramic
ceramic body
power generation
width direction
transformer circuit
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JP2001196551A
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Japanese (ja)
Inventor
Takumi Kataoka
拓実 片岡
Katsuhide Akimoto
克英 秋元
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Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure insulation of a driving section and a power generating section without lowering efficiency of a piezoelectric ceramic transformer in a piezoelectric ceramic transformer circuit. SOLUTION: A rectangular piezoelectric ceramic body 2 of a piezoelectric ceramic transformer 1 is shaped so that its length is made twice and its width a half the elastic wavelength defined by a driving frequency and propagating in the piezoelectric ceramic body 2, and a driving section 11 and a low impedance power generating section 12 are formed by forming electrodes 3 and 4 on square regions 21 and 22 having its side equaling to a half wave length and polarizing the piezoelectric ceramic body 2 in a direction of width so that resonant vibration corresponding to the driving frequency is excited in a direction of length and width in the piezoelectric ceramic body 2. A boundary section 23 between the driving section 11 and the power generating section 12 where no polarization is formed is a loop of the resonant vibration to reduce distortion of the piezoelectric ceramic body 2 contributing no voltage output even with the boundary section 23 formed wide to increase insulation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は圧電セラミックトラ
ンス回路に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric ceramic transformer circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電セラミックの圧電効果を応用した圧
電セラミックトランスは、従来から高電圧電源に広く用
いられている。図4に一般的なローゼン型の圧電セラミ
ックトランスを示す。圧電セラミックトランス9は、細
長で平板状の圧電セラミック体900の一方の半部の上
下面に入力用の電極901を形成して駆動部91とし、
他方の半部の端面に出力用の電極902を形成して発電
部92とし、圧電セラミック体900は駆動部91で厚
さ方向に分極され、発電部92で長さ方向に分極されて
いる。
2. Description of the Related Art Piezoelectric ceramic transformers that utilize the piezoelectric effect of piezoelectric ceramics have been widely used in high voltage power supplies. FIG. 4 shows a general Rosen type piezoelectric ceramic transformer. In the piezoelectric ceramic transformer 9, an input electrode 901 is formed on the upper and lower surfaces of one half of an elongated and flat plate-shaped piezoelectric ceramic body 900 to form a drive section 91.
An output electrode 902 is formed on the end face of the other half to form a power generation unit 92, and the piezoelectric ceramic body 900 is polarized in the thickness direction by the driving unit 91 and in the length direction by the power generation unit 92.

【0003】入力用電極901に交流電圧を印加する
と、圧電セラミック体900で圧電セラミック体900
の長さ方向に伝搬する弾性波が発生する。ここで、圧電
セラミック体900の長さおよび入力用電極901への
印加電圧の周波数を適当に選べば、圧電セラミック体9
00が例えば1/2波長モードで共振振動し、圧電効果
により発電部92の出力用電極902に変圧された電圧
が発生して負荷に出力される。発電部92から取り出さ
れる電圧は、圧電効果によるものであり、発電部92に
おける圧電セラミック体900内部の応力すなわち歪み
の大きさに応じたものとなる。
When an AC voltage is applied to the input electrode 901, the piezoelectric ceramic body 900 is replaced with the piezoelectric ceramic body 900.
An elastic wave is generated which propagates in the length direction. Here, if the length of the piezoelectric ceramic body 900 and the frequency of the voltage applied to the input electrode 901 are appropriately selected, the piezoelectric ceramic body 9
00 resonates and oscillates in, for example, a half-wavelength mode, and a voltage transformed to the output electrode 902 of the power generation unit 92 is generated by the piezoelectric effect and is output to the load. The voltage extracted from the power generation unit 92 is due to the piezoelectric effect, and depends on the magnitude of the stress, that is, the strain inside the piezoelectric ceramic body 900 in the power generation unit 92.

【0004】圧電セラミックトランスが出力できる電力
は、負荷のインピーダンスRの大きさによって大きく異
なる。圧電セラミックトランスの出力部の静電容量をC
2 、圧電セラミックトランスの駆動角周波数をωとする
と、R=1/(ωC2 )を満たす負荷に対して最も大き
な電力を出力する。図4のローゼン型の圧電セラミック
トランスの場合、その値は数十k〜数百kΩである。
The electric power that can be output by the piezoelectric ceramic transformer greatly differs depending on the magnitude of the impedance R of the load. The capacitance of the output part of the piezoelectric ceramic transformer is C
2. When the drive angular frequency of the piezoelectric ceramic transformer is ω, the largest electric power is output to the load satisfying R = 1 / (ωC2). In the case of the Rosen type piezoelectric ceramic transformer of FIG. 4, its value is several tens k to several hundreds kΩ.

【0005】液晶バックライト用の冷陰極管は、点灯時
におよそ100kΩの抵抗体となるため、ローゼン型の
圧電セラミックトランスとのマッチングがよく、冷陰極
管用の昇圧回路に、圧電セラミックトランスを備えた圧
電セラミックトランス回路が広く用いられている。
Since a cold cathode tube for a liquid crystal backlight becomes a resistor of about 100 kΩ when turned on, it is well matched with a Rosen type piezoelectric ceramic transformer, and a step-up circuit for the cold cathode tube is provided with the piezoelectric ceramic transformer. Piezoelectric ceramic transformer circuits are widely used.

【0006】ところで、近年、冷陰極管のような高い抵
抗値を示すものだけではなく、DC−DCコンバータ、
蛍光灯、メタルハライドランプ等の数百Ω以下の低いイ
ンピーダンス値を示す負荷に対しても圧電セラミックト
ランスを適用しようとする試みもなされている。この場
合、前記ローゼン型圧電セラミックトランスでは前記の
ごとく出力部のインピーダンス値が高く、大きな電力を
出力することができないため、例えば特開平3−173
484号公報のように、駆動部と発電部とを積層した厚
み振動型の圧電セラミックトランスも提案されている。
この構造は出力部のインピーダンス値が小さいが、不要
振動が発生しやすく、圧電セラミック体に異方性の強い
圧電材料を用いる必要があるので、一般的ではない。
By the way, in recent years, not only those having a high resistance value such as a cold cathode fluorescent lamp but also a DC-DC converter,
Attempts have also been made to apply the piezoelectric ceramic transformer to loads such as fluorescent lamps and metal halide lamps that exhibit low impedance values of several hundred Ω or less. In this case, in the Rosen type piezoelectric ceramic transformer, the impedance value of the output portion is high as described above and a large amount of electric power cannot be output.
As disclosed in Japanese Patent No. 484, there is also proposed a thickness vibration type piezoelectric ceramic transformer in which a drive unit and a power generation unit are laminated.
Although this structure has a small impedance value at the output part, unnecessary vibration is likely to occur, and it is necessary to use a highly anisotropic piezoelectric material for the piezoelectric ceramic body.

【0007】これに対し、図5の圧電セラミックトラン
ス9Aのように、駆動部91を、ローゼン型のものと同
様に圧電セラミック体900Aの長さ方向の一方の半部
を使う構成とし、発電部92Aを、圧電セラミック体9
00Aの他方の半部に、駆動部91と同様に圧電セラミ
ック体900Aの両面に電極902Aを形成するととも
に、圧電セラミック体900Aを厚さ方向に分極した構
造としたものがある。このものでは、出力部のインピー
ダンスが小さくなり、低インピーダンスの負荷とのマッ
チングがよい。
On the other hand, like the piezoelectric ceramic transformer 9A shown in FIG. 5, the driving portion 91 is configured to use one half of the length direction of the piezoelectric ceramic body 900A as in the case of the Rosen type. 92A to the piezoelectric ceramic body 9
There is a structure in which electrodes 902A are formed on both surfaces of the piezoelectric ceramic body 900A in the other half of the piezoelectric ceramic body 900A, and the piezoelectric ceramic body 900A is polarized in the thickness direction, similarly to the drive unit 91. In this case, the impedance of the output section becomes small, and matching with a low-impedance load is good.

【0008】また、特許第2666562号のように、
圧電セラミック体を円板状とし、その中央部の両面に円
形の入力用電極を形成して駆動部とし、入力用電極の外
周に環状の出力電極を形成して発電部としたものがあ
る。このものでは3/2波長モードで駆動させている。
また、図6は特許第2666562号のものの変形例で
あり、特開2000−12918号公報にて開示された
ものである。圧電セラミックトランス9Bは、圧電セラ
ミック体900Bが正方形で、その中央部の上下面に入
力用の電極901Bが形成されて駆動部91Bとしてあ
る。そして、入力用の電極901Bを囲みロ字状の出力
用の電極902Bが形成されて発電部92Bとしてあ
る。このものでは特許第2666562号のもののごと
く二次元的な振動とすることが可能である。かかる二次
元的な振動を利用した構造では、図5のものに比して、
電気機械結合係数が大きく、単位体積当たりの出力電力
を大きくすることができる。
Further, as in Japanese Patent No. 2666562,
There is a piezoelectric ceramic body in the form of a disk, a circular input electrode is formed on both sides of a central portion of the piezoelectric ceramic body as a drive unit, and an annular output electrode is formed on the outer periphery of the input electrode as a power generation unit. This device is driven in the 3/2 wavelength mode.
Further, FIG. 6 is a modification of the one in Japanese Patent No. 2666562, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12918. In the piezoelectric ceramic transformer 9B, the piezoelectric ceramic body 900B has a square shape, and an input electrode 901B is formed on the upper and lower surfaces of the central portion thereof to serve as a driving portion 91B. A square-shaped output electrode 902B surrounding the input electrode 901B is formed as a power generation unit 92B. With this, it is possible to make two-dimensional vibration like that of Japanese Patent No. 2666562. In the structure utilizing such two-dimensional vibration, compared with the structure shown in FIG.
The electromechanical coupling coefficient is large, and the output power per unit volume can be increased.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、二次元振動
を利用した特開2000−12918号公報の正方形の
圧電セラミックトランス(図6)では、いずれの幅方向
に対しても1/2波長モードで振動するようにしている
が、図6中に示すように、振動による応力のプロファイ
ルが、圧電セラミック体900Bの中央部で最大値をと
り圧電セラミック体900Bの辺縁部に向かって漸次減
少する傾向を示す。したがって、圧電セラミック体90
0Bの内周部に位置する駆動部91Bと外周部に位置す
る発電部92Bとの境界をなす、電極非形成の部位にお
いても、比較的大きな応力が発生している。このため、
駆動部91Bと発電部92Bとの絶縁をとるべく、電極
非形成の、駆動部91Bと発電部92Bとの境界部を大
きくとると、効率よく出力を取り出すことができない。
By the way, in the square piezoelectric ceramic transformer (FIG. 6) of Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-12918, which utilizes two-dimensional vibration, a half-wavelength mode is applied in any width direction. Although it is made to vibrate, as shown in FIG. 6, the stress profile due to vibration has a maximum value in the central portion of the piezoelectric ceramic body 900B and tends to gradually decrease toward the peripheral portion of the piezoelectric ceramic body 900B. Indicates. Therefore, the piezoelectric ceramic body 90
Relatively large stress is generated also in the electrode non-formation portion, which forms a boundary between the drive portion 91B located in the inner peripheral portion of 0B and the power generation portion 92B located in the outer peripheral portion. For this reason,
If the boundary between the drive unit 91B and the power generation unit 92B where no electrodes are formed is made large in order to insulate the drive unit 91B and the power generation unit 92B, the output cannot be efficiently extracted.

【0010】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
効率よく出力電力を取り出すことができ、低インピーダ
ンスの負荷に対してインピーダンスマッチングのとりや
すい圧電セラミックトランスを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances,
An object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic transformer that can efficiently take out output power and can easily achieve impedance matching with a low impedance load.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、略矩形の平板状で厚さ方向に分極された圧電セラミ
ック体の上下面に入力用の電極を形成して駆動部とし、
入力用電極とは別の位置で前記圧電セラミック体の上下
面に出力用の電極を形成して発電部とした圧電セラミッ
クトランスと、前記入力用電極間に交流電圧を印加して
圧電セラミック体に共振振動を励起せしめる給電手段と
を具備する圧電セラミックトランス回路において、前記
圧電セラミック体を、前記共振振動として、前記圧電セ
ラミック体の一方の幅方向の共振振動と前記圧電セラミ
ック体の他方の幅方向の共振振動とが発生する形状と
し、かつ、前記駆動部と発電部との境界部を、前記共振
振動の腹となる位置とする。
According to a first aspect of the present invention, an input electrode is formed on the upper and lower surfaces of a piezoelectric ceramic body having a substantially rectangular flat plate shape and polarized in the thickness direction to form a drive section,
A piezoelectric ceramic transformer that forms an output electrode on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic body at a position different from the input electrode and that serves as a power generation unit, and an AC voltage is applied between the input electrodes to the piezoelectric ceramic body. In a piezoelectric ceramic transformer circuit including a power feeding means for exciting resonance vibration, the piezoelectric ceramic body is used as the resonance vibration in the resonance vibration in one width direction of the piezoelectric ceramic body and the width direction of the other side of the piezoelectric ceramic body. And a boundary between the drive unit and the power generation unit is a position that is an antinode of the resonance vibration.

【0012】発電部が、厚さ方向に分極された圧電セラ
ミック体とその上下面に形成された出力用電極とにより
構成されるから、低インピーダンスの負荷に好適に適用
することができる。
Since the power generation section is composed of the piezoelectric ceramic body polarized in the thickness direction and the output electrodes formed on the upper and lower surfaces thereof, it can be suitably applied to a low impedance load.

【0013】しかも、圧電セラミック体が、一方の幅方
向のみならず他方の幅方向にも共振するようにしたの
で、電気機械結合係数が、図5の圧電セラミックトラン
スのように圧電セラミック体の長さ方向の振動の場合の
k31に比して大きく、大きな電力を取り出し得る。
Moreover, since the piezoelectric ceramic body is made to resonate not only in one width direction but also in the other width direction, the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric ceramic body is the same as that of the piezoelectric ceramic transformer of FIG. A large electric power can be taken out, which is larger than k31 in the case of vibration in the depth direction.

【0014】また、前記共振振動の腹となる前記駆動部
と発電部との境界部では圧電セラミック体内部における
応力が小さく、したがって歪みが小さい。このため、負
荷への出力に殆ど寄与せず、入力用電極と出力用電極と
の間隔をある程度広くとっても、圧電セラミックトラン
スの効率を損ねない。駆動部と発電部との絶縁の確保
と、圧電セラミックトランスの効率との両立を図ること
ができる。
At the boundary between the drive section and the power generation section, which is the antinode of the resonance vibration, the stress inside the piezoelectric ceramic body is small, and therefore the strain is small. Therefore, it does not substantially contribute to the output to the load, and the efficiency of the piezoelectric ceramic transformer is not impaired even if the distance between the input electrode and the output electrode is widened to some extent. It is possible to ensure both insulation between the drive unit and the power generation unit and the efficiency of the piezoelectric ceramic transformer.

【0015】請求項2記載の発明では、請求項1の発明
において、前記圧電セラミック体を、前記圧電セラミッ
ク体の一方の幅方向の大きさが、前記入力用電極への電
圧印加により圧電セラミック体内部を伝搬する弾性波の
半波長の2以上の自然数倍であり、前記圧電セラミック
体の他方の幅方向の大きさが、前記弾性波の半波長の自
然数倍である形状とし、前記電極を、前記圧電セラミッ
ク体の一方の幅方向および他方の幅方向に前記弾性波の
半波長の大きさを有する領域に1つずつ形成する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the piezoelectric ceramic body has a size in one width direction of the piezoelectric ceramic body when a voltage is applied to the input electrode. The electrode has a shape in which the half-wavelength of the elastic wave propagating inside is a natural number multiple of two or more, and the size of the other width direction of the piezoelectric ceramic body is a natural number multiple of the half-wavelength of the elastic wave. Are formed in the width direction of the piezoelectric ceramic body and the width direction of the piezoelectric ceramic body in the area having the half wavelength of the elastic wave.

【0016】圧電セラミック体の前記領域のそれぞれ
が、いずれの幅方向の共振振動に対しても、中央部が節
で両端部が腹となるから、さらに効率よく電力をとりだ
すことができる。
Each of the regions of the piezoelectric ceramic body has a node at the center and an antinode at both ends, regardless of the resonance vibration in any width direction, so that power can be more efficiently taken out.

【0017】請求項3記載の発明では、請求項2の発明
において、前記圧電セラミック体の辺縁部を切り欠い
て、前記領域の角を落とした構造とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the piezoelectric ceramic body has a structure in which a peripheral edge portion is cut out so that a corner of the region is dropped.

【0018】前記領域をより円形に近いものとすること
で、入力用電極間に印加される交流電圧の周波数に応じ
た共振振動以外の不要振動を抑制して、さらに効率よく
電力をとりだすことができる。
By making the region closer to a circle, unnecessary vibrations other than the resonance vibration corresponding to the frequency of the AC voltage applied between the input electrodes can be suppressed and the power can be taken out more efficiently. it can.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に本発明の
圧電セラミックトランス回路の構成を示す。圧電セラミ
ックトランス回路は圧電セラミックトランス1とその前
段の給電手段たる入力回路5とからなり、圧電セラミッ
クトランス1により変圧された電圧を負荷7に出力する
ようになっている。
(First Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of a piezoelectric ceramic transformer circuit according to the present invention. The piezoelectric ceramic transformer circuit is composed of the piezoelectric ceramic transformer 1 and an input circuit 5 which is a power supply unit in the preceding stage, and outputs a voltage transformed by the piezoelectric ceramic transformer 1 to a load 7.

【0020】圧電セラミックトランス1は細長で平板状
の圧電セラミック体2を有し、圧電セラミック体2の一
方の幅方向(以下、適宜、長さ方向という)一方の半部
21には、圧電セラミック体2の上下面に圧電セラミッ
ク体2を挟み対向する入力用の電極3が形成してある。
圧電セラミック体2の半部21は入力用電極形成部が入
力用電極3の対向方向すなわち圧電セラミック体2の厚
さ方向に分極せしめてあり、逆圧電効果により入力回路
5から入力する電気エネルギーを圧電セラミック体2の
機械エネルギーに変換する駆動部11が構成される。
The piezoelectric ceramic transformer 1 has a slender, flat plate-shaped piezoelectric ceramic body 2, and the piezoelectric ceramic body 2 has a piezoelectric ceramic body 2 on one half portion 21 thereof in one width direction (hereinafter, appropriately referred to as a length direction). Input electrodes 3 are formed on the upper and lower surfaces of the body 2 so as to face each other with the piezoelectric ceramic body 2 interposed therebetween.
In the half portion 21 of the piezoelectric ceramic body 2, the input electrode forming portion is polarized in the direction opposite to the input electrode 3, that is, in the thickness direction of the piezoelectric ceramic body 2, and the electric energy input from the input circuit 5 is generated by the inverse piezoelectric effect. The drive unit 11 that converts the mechanical energy of the piezoelectric ceramic body 2 is configured.

【0021】一方、圧電セラミック体2の長さ方向の他
方の半部22には、圧電セラミック体2の上下面に圧電
セラミック体2を挟み対向する出力用の電極4が形成し
てある。圧電セラミック体2の半部22は出力用電極形
成部が出力用電極4の対向方向すなわち圧電セラミック
体2の厚さ方向に分極せしめてあり、圧電効果により前
記機械エネルギーを再び電気エネルギーに変換する発電
部12が構成される。
On the other hand, on the other half 22 of the piezoelectric ceramic body 2 in the longitudinal direction, output electrodes 4 are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic body 2 so as to face each other with the piezoelectric ceramic body 2 interposed therebetween. The output electrode forming portion of the half portion 22 of the piezoelectric ceramic body 2 is polarized in the direction opposite to the output electrode 4, that is, in the thickness direction of the piezoelectric ceramic body 2, and the mechanical energy is converted into electrical energy again by the piezoelectric effect. The power generation unit 12 is configured.

【0022】圧電セラミック体2は一方の幅方向の大き
さ(以下、適宜、長さという)Lと他方の幅方向の大き
さ(以下、適宜、幅という)WとがL:W=2:1とし
てある。また、電極3,4は1辺が幅Wよりも一周り小
さな正方形としてあり、駆動部11と発電部12との絶
縁がとられるようになっている。
The piezoelectric ceramic body 2 has one widthwise size (hereinafter, appropriately referred to as length) L and the other widthwise size (hereinafter, appropriately referred to as width) W: L: W = 2: It is set as 1. In addition, the electrodes 3 and 4 are in the shape of a square whose one side is smaller than the width W by one side, so that the drive unit 11 and the power generation unit 12 can be insulated from each other.

【0023】入力回路5は、例えば数十kHz程度の交
流を発生する交流電圧発生部50を備え、リード線5
1,52を介して入力用電極3間に電圧を印加するよう
になっており、駆動部11が横効果による圧電振動を発
生する。交流電圧発生部50の出力周波数は、圧電セラ
ミック体2中の弾性波の伝搬速度(音速)vを圧電セラ
ミック体2の長さLで除した値に設定する。すると、長
さLは弾性波の1波長に相当するから、弾性波により圧
電セラミック体2が1波長モードで共振振動する。
The input circuit 5 is provided with an AC voltage generator 50 for generating an AC of, for example, several tens of kHz, and the lead wire 5
A voltage is applied between the input electrodes 3 via 1, 52, and the drive unit 11 generates piezoelectric vibration due to the lateral effect. The output frequency of the AC voltage generator 50 is set to a value obtained by dividing the propagation velocity (sonic velocity) v of the elastic wave in the piezoelectric ceramic body 2 by the length L of the piezoelectric ceramic body 2. Then, since the length L corresponds to one wavelength of the elastic wave, the acoustic wave causes the piezoelectric ceramic body 2 to resonate and vibrate in the one-wavelength mode.

【0024】さらに、L:W=2:1であり、幅Wは前
記弾性波の半波長に相当し、圧電セラミック体2の他方
の幅方向(以下、適宜、単に幅方向という)には(1/
2)波長モードでの共振振動が発生する。
Further, L: W = 2: 1, the width W corresponds to a half wavelength of the elastic wave, and in the other width direction of the piezoelectric ceramic body 2 (hereinafter, simply referred to as width direction) ( 1 /
2) Resonant vibration in the wavelength mode occurs.

【0025】なお、圧電セラミックトランス1は、圧電
セラミックトランスの一般的な製造方法であるグリーン
シート法により製造することができる。圧電セラミック
体2は、例えばその材料となる圧電セラミックシートを
長さが幅の2倍となるように裁断して得る。また、電極
3,4はスクリーン印刷等で形成する。
The piezoelectric ceramic transformer 1 can be manufactured by the green sheet method which is a general manufacturing method of piezoelectric ceramic transformers. The piezoelectric ceramic body 2 is obtained, for example, by cutting a piezoelectric ceramic sheet, which is the material thereof, so that the length is twice the width. The electrodes 3 and 4 are formed by screen printing or the like.

【0026】本圧電セラミックトランス回路の作動を説
明する。圧電セラミックトランス1の駆動部11に交流
電圧発生部50から交流電圧が入力すると、圧電セラミ
ック体2が長さ方向には1波長モードで、幅方向には
(1/2)波長モードで共振振動する。発電部12では
前記共振振動によって圧電セラミック体2に内部応力が
発生する。内部応力は圧電セラミック体2の歪みを伴
い、歪の量に応じて誘電分極が変化し、機械エネルギー
が再び電気エネルギーに変換される。出力用電極4に
は、圧電セラミック体2の歪の大きさに応じて電圧が出
力する。発電部12が圧電セラミック体23を出力用電
極4が厚さ方向に挟む構造であるから、低インピーダン
スの負荷7とマッチングがよい。
The operation of the present piezoelectric ceramic transformer circuit will be described. When an AC voltage is input to the drive unit 11 of the piezoelectric ceramic transformer 1 from the AC voltage generation unit 50, the piezoelectric ceramic body 2 resonates in one wavelength mode in the length direction and (1/2) wavelength mode in the width direction. To do. In the power generation unit 12, internal stress is generated in the piezoelectric ceramic body 2 due to the resonance vibration. The internal stress accompanies the strain of the piezoelectric ceramic body 2, the dielectric polarization changes according to the amount of the strain, and the mechanical energy is converted into the electrical energy again. A voltage is output to the output electrode 4 according to the magnitude of strain of the piezoelectric ceramic body 2. Since the power generation unit 12 has a structure in which the piezoelectric ceramic body 23 sandwiches the output electrode 4 in the thickness direction, it is well matched with the load 7 having a low impedance.

【0027】前記のごとく、圧電セラミックトランス1
は長さ方向に1波長モードで振動しており、また、幅方
向に(1/2)波長モードで振動している。一方、圧電
セラミック体2はL:W=2:1であるから、駆動部1
1で1つ、発電部12で1つの、各辺が(1/2)波長
の正方形の領域を考えることができるが、これは前記半
部21,22である(以下、適宜、半部21,22を領
域21,22という)。すると、各領域21,22は、
長さ方向および幅方向のいずれの共振振動に対しても節
となっており、各領域21,22における共振振動は、
両共振振動が結合した二次元振動となる。したがって、
電気機械結合係数が、圧電セラミック体2の長さ方向の
みの共振振動の場合のk31に比して大きく、大きな電力
を取り出し得る。
As described above, the piezoelectric ceramic transformer 1
Vibrates in one wavelength mode in the length direction, and vibrates in (1/2) wavelength mode in the width direction. On the other hand, since the piezoelectric ceramic body 2 has L: W = 2: 1, the driving unit 1
It is possible to think of a square region in which each side is one and the power generation unit 12 is one, and each side is a (1/2) wavelength square region. These are the half portions 21 and 22 (hereinafter, appropriately, the half portion 21). , 22 are called areas 21 and 22). Then, the areas 21 and 22 are
There is a node for the resonant vibration in both the length direction and the width direction, and the resonant vibration in each of the regions 21 and 22 is
Two-dimensional vibration is a combination of both resonance vibrations. Therefore,
The electromechanical coupling coefficient is larger than k31 in the case of resonant vibration only in the length direction of the piezoelectric ceramic body 2, and a large electric power can be taken out.

【0028】また、図1には圧電セラミックトランス1
における応力分布(歪分布)を併せて示している。前記
のごとく、圧電セラミック体2の電極3,4形成部では
節となるから、入力用電極3と出力用電極4とで挟まれ
た、駆動部11と発電部12との境界部23は腹とな
る。したがって、応力は駆動部11および発電部12で
大きくなり、境界部23で最も小さくなる。これによ
り、電極3,4の形状を圧電セラミック体2の長さ方向
にやや小さくして、入力用電極3と出力用電極4との間
を広くとり、駆動部11と発電部12との絶縁を十分に
しても、圧電セラミックトランス1の効率を殆ど減じる
ことはない。
Further, FIG. 1 shows a piezoelectric ceramic transformer 1
The stress distribution (strain distribution) in is also shown. As described above, since the electrodes 3 and 4 forming portions of the piezoelectric ceramic body 2 serve as nodes, the boundary portion 23 between the driving portion 11 and the power generating portion 12 sandwiched between the input electrode 3 and the output electrode 4 is antinode. Becomes Therefore, the stress becomes large in the drive unit 11 and the power generation unit 12, and becomes the smallest in the boundary portion 23. As a result, the shapes of the electrodes 3 and 4 are made slightly smaller in the lengthwise direction of the piezoelectric ceramic body 2, and the space between the input electrode 3 and the output electrode 4 is widened to insulate the drive unit 11 and the power generation unit 12 from each other. Even if it is sufficient, the efficiency of the piezoelectric ceramic transformer 1 is hardly reduced.

【0029】表1に本発明の圧電セラミックトランス回
路の具体例(実施例)および従来の圧電セラミックトラ
ンス回路の具体例(比較例)の、特性の計測結果を示
す。比較例は圧電セラミックトランスが図5に示した構
造のものである。圧電セラミックトランスの圧電セラミ
ック体はいずれもPZT(PbZrO3 −PbTiO
3)系の圧電材料により製作したものである。形状は本
発明が長さ40mm、幅20mm、厚さ2mmで、比較
例が長さ40mm、幅14mm、厚さ2mmのものであ
る。電極は本発明、比較例とも1辺の大きさが14mm
の正方形であり、Agペーストをスクリーン印刷して形
成される。電極形成後の圧電セラミック体を焼成した
後、150°Cの絶縁油中に浸漬し、入力用の電極間お
よび出力用の電極間にそれぞれ厚さ方向に2kV/mm
の電圧を印加して圧電セラミック体を分極した。しかる
後、電極にリード線をハンダ付け等により接続した。
Table 1 shows the measurement results of the characteristics of the specific example (example) of the piezoelectric ceramic transformer circuit of the present invention and the specific example (comparative example) of the conventional piezoelectric ceramic transformer circuit. In the comparative example, the piezoelectric ceramic transformer has the structure shown in FIG. All of the piezoelectric ceramic bodies of the piezoelectric ceramic transformer are PZT (PbZrO3 -PbTiO3).
It is made of 3) type piezoelectric material. Regarding the shape, the present invention has a length of 40 mm, a width of 20 mm and a thickness of 2 mm, and a comparative example has a length of 40 mm, a width of 14 mm and a thickness of 2 mm. The size of one side of the electrode of the present invention and the comparative example is 14 mm
Is a square and is formed by screen-printing Ag paste. After firing the piezoelectric ceramic body after forming the electrodes, it is immersed in insulating oil at 150 ° C. and 2 kV / mm in the thickness direction between the input electrodes and the output electrodes.
The voltage was applied to polarize the piezoelectric ceramic body. After that, lead wires were connected to the electrodes by soldering or the like.

【0030】作製したそれぞれの圧電セラミックトラン
スに、負荷としてマッチングインピーダンスである2.
2kΩの抵抗器を接続して3Wの電力が出力されるよう
に給電量を調整した。なお、圧電セラミックトランスに
印加する交流電圧の周波数はいずれも同じであり、これ
は本発明では長さ方向に1波長モードで、幅方向に(1
/2)波長モードでの共振振動となり、比較例では長さ
方向にのみ1波長モードでの共振振動となる。
Each of the produced piezoelectric ceramic transformers has a matching impedance as a load.
The amount of power supply was adjusted by connecting a 2 kΩ resistor and outputting 3 W of power. The frequencies of the alternating voltage applied to the piezoelectric ceramic transformer are the same, which is one wavelength mode in the length direction and (1
/ 2) Resonant vibration in the wavelength mode, and in the comparative example, the resonant vibration is in the single wavelength mode only in the length direction.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】表1より知られるように、本発明では比較
例に比して大きな昇圧比が得られた。また、温度上昇が
低く抑えられており、その分、高効率であるものと認め
られる。
As is known from Table 1, in the present invention, a large boost ratio was obtained as compared with the comparative example. Further, the temperature rise is suppressed to a low level, and it is recognized that the efficiency is high accordingly.

【0033】(第2実施形態)本発明の第2の実施形態
を図2に示す。本実施形態では、圧電セラミックトラン
ス1Aは、正方形の圧電セラミック体2Aを有してお
り、圧電セラミック体2Aを一方の幅方向および他方の
幅方向に2×2に区画した領域21a,21b,22
a,22bに、それぞれ電極3a,3b,4a,4bが
圧電セラミック体2Aの上下面に形成されている。電極
3a〜4bは例えば正方形である。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the piezoelectric ceramic transformer 1A has a square piezoelectric ceramic body 2A, and the piezoelectric ceramic body 2A is divided into 2 × 2 regions 21a, 21b, 22 in one width direction and the other width direction.
Electrodes 3a, 3b, 4a and 4b are formed on a and 22b on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic body 2A, respectively. The electrodes 3a-4b are, for example, square.

【0034】圧電セラミック体2Aの前記領域21a〜
22bは、圧電セラミック体2Aを挟み対向する電極3
a〜4b間に直流電圧を印加することで分極せしめてあ
る。分極方向は各電極3a〜4b間で同じ方向とする。
The area 21a of the piezoelectric ceramic body 2A.
Reference numeral 22b is an electrode 3 which is opposed to the piezoelectric ceramic body 2A.
It is polarized by applying a DC voltage between a and 4b. The polarization direction is the same between the electrodes 3a to 4b.

【0035】電極3a〜4bは、このうち対角位置に配
置される2組の電極3a,3bが、リード線51A,5
2Aにより共通の交流電圧発生部50と接続され、駆動
部11a,11bを構成する入力用の電極3a,3bと
してある。駆動部11aと駆動部11bとは並列接続と
なっている。また、他方の対角位置に配置される2組の
電極4a,4bにはリード線61A,62Aにより負荷
7が接続され、発電部12a,12bを構成する出力用
の電極4a,4bとしてある。発電部12aと発電部1
2bとは並列接続となっている。また、リード線51
A,52A,61A,62Aの結線では、入力用電極3
a,3b、出力用電極4a,4bのいずれも圧電セラミ
ック体2Aの同じ面に形成されたもの同志が互いに導通
し、交流電圧発生部50または負荷7の同じ極と接続さ
れる。
Of the electrodes 3a to 4b, two sets of electrodes 3a and 3b, which are diagonally arranged, have lead wires 51A and 5A.
The electrodes 2a and 3b are connected to a common AC voltage generator 50, and serve as input electrodes 3a and 3b that constitute the driving units 11a and 11b. The drive unit 11a and the drive unit 11b are connected in parallel. The load 7 is connected to the two pairs of electrodes 4a, 4b arranged at the other diagonal position by lead wires 61A, 62A, and serve as output electrodes 4a, 4b constituting the power generation units 12a, 12b. Power generation unit 12a and power generation unit 1
It is connected in parallel with 2b. In addition, the lead wire 51
In the connection of A, 52A, 61A and 62A, the input electrode 3
The electrodes a, 3b and the electrodes 4a, 4b for output, which are formed on the same surface of the piezoelectric ceramic body 2A, are electrically connected to each other and are connected to the same pole of the AC voltage generator 50 or the load 7.

【0036】入力回路5Aの交流電圧発生部50の出力
周波数は、圧電セラミック体2A中の弾性波の伝搬速度
(音速)を圧電セラミック体2Aの幅方向の大きさ(辺
の長さ)で除した値に設定する。圧電セラミック体2A
は正方形であるから、前記弾性波により圧電セラミック
体2Aがいずれの幅方向に対しても1波長モードで共振
振動することになる。
The output frequency of the AC voltage generator 50 of the input circuit 5A is obtained by dividing the propagation velocity (sound velocity) of the elastic wave in the piezoelectric ceramic body 2A by the size in the width direction (side length) of the piezoelectric ceramic body 2A. Set to the specified value. Piezoelectric ceramic body 2A
Since is a square, the elastic wave causes the piezoelectric ceramic body 2A to resonate and vibrate in one wavelength mode in any width direction.

【0037】ここで、対角位置にある駆動部11a,1
1bには、その入力用電極3a,3bに同相で交流電圧
が印加され、かつ、圧電セラミック体2Aが同じ方向に
分極されているから、駆動部11aにより発生する振動
と駆動部11bにより発生する振動とは強勢し合う。こ
の振動により各発電部12a,12bの出力用電極4a
間、出力用電極4b間に電圧が発生する。ここで、発電
部12a,12bは対角位置にあり、出力電極4a,4
bが形成された圧電セラミック体2Aの領域22a,2
2bに同相で振動が発生し、かつ、領域22aと領域2
2bとで同じ方向に分極されているから、発電部12a
により発生する電圧と発電部12bにより発生する電圧
とが同相で現れる。すなわち、負荷7への出力電流は各
発電部12a,12bの出力電流を加算したものとな
る。
Here, the driving portions 11a, 1 which are in diagonal positions
In 1b, an alternating voltage is applied in phase to the input electrodes 3a, 3b, and the piezoelectric ceramic body 2A is polarized in the same direction, so that the vibration generated by the driving portion 11a and the driving portion 11b are generated. Vibration violates each other. Due to this vibration, the output electrode 4a of each power generation unit 12a, 12b
Meanwhile, a voltage is generated between the output electrodes 4b. Here, the power generation units 12a and 12b are in diagonal positions, and the output electrodes 4a and 4b are
The regions 22a, 2 of the piezoelectric ceramic body 2A in which b is formed.
Vibration occurs in the same phase in 2b, and the area 22a and the area 2
Since it is polarized in the same direction as 2b, the power generation unit 12a
And the voltage generated by the power generation unit 12b appear in phase. That is, the output current to the load 7 is the sum of the output currents of the power generation units 12a and 12b.

【0038】本実施形態においても、各駆動部11a,
11b、発電部12a,12bに対応する、圧電セラミ
ック体2Aの2×2の各領域21a〜22bはいずれの
幅方向の振動に対しても中央部が節で両端部が腹となる
ように共振振動し、二次元的な共振振動となるから、電
気機械結合係数が大きなものとなり、効率がよい。
Also in this embodiment, each drive unit 11a,
11b, and the 2 × 2 regions 21a to 22b of the piezoelectric ceramic body 2A corresponding to the power generation units 12a and 12b resonate so that the central portion is a node and both ends are antinodes in response to vibration in any width direction. Since it vibrates and becomes a two-dimensional resonance vibration, the electromechanical coupling coefficient becomes large and the efficiency is good.

【0039】また、両側に電極3a〜4bが設けられ
た、圧電セラミック体2Aの電極非形成の境界部23a
a,23ab,23ba,23bbは、振動の腹であ
り、図中の応力分布より知られるごとく、応力が極小と
なっているから、ある程度広くとっても圧電セラミック
トランス1Aの効率を減じず、駆動部11a,11b、
発電部12a,12b間の十分な絶縁と、圧電セラミッ
クトランス1Aの高効率とを両立することができる。
In addition, the electrode-free boundary portion 23a of the piezoelectric ceramic body 2A in which the electrodes 3a to 4b are provided on both sides.
a, 23ab, 23ba, and 23bb are antinodes of vibration, and as is known from the stress distribution in the figure, the stress is extremely small. Therefore, even if it is wide to some extent, the efficiency of the piezoelectric ceramic transformer 1A is not reduced, and the driving portion 11a. , 11b,
It is possible to achieve both sufficient insulation between the power generation units 12a and 12b and high efficiency of the piezoelectric ceramic transformer 1A.

【0040】なお、2つの駆動部11a,11bによる
振動および2つの発電部12a,12bの出力電圧が同
相であれば、入力用電極3a,3bとリード線51A,
52Aとの結線、出力用電極4a,4bとリード線61
A,62Aとの結線は図例のものに限定されるものでは
ない。例えば、各リード線51A,52Aの二股の先端
部の一方を、圧電セラミック体2Aの上面に形成された
入力用電極3a,3bと接続し、各リード線51A,5
2Aの二股の先端部の他方を圧電セラミック体2Aの下
面に形成された入力用電極3a,3bと接続すること
で、互いに導通する一方の駆動部11aの入力用電極3
aと他方の駆動部11bの入力用電極3bとが、圧電セ
ラミック体2Aの上面に形成されたものと下面に形成さ
れたものとの組み合わせとなるようにする。この場合、
振動が強勢し合うように、分極方向は駆動部11aと駆
動部11bとで逆方向になるようにする。また、互いに
導通する一方の発電部12aの出力用電極4aと他方の
発電部12bの出力用電極4bとが、圧電セラミック体
2Aの上面に形成されたものと下面に形成されたものと
の組み合わせとなるようにする。この場合、出力電圧が
負荷7に同相で出力されるように、分極方向は発電部1
2aと発電部12bとで逆方向になるようにする。
If the vibrations caused by the two drive units 11a and 11b and the output voltages of the two power generation units 12a and 12b are in phase, the input electrodes 3a and 3b and the lead wire 51A,
52A, output electrodes 4a, 4b and lead wire 61
The connection with A and 62A is not limited to the example shown in the figure. For example, one of the forked ends of each of the lead wires 51A and 52A is connected to the input electrodes 3a and 3b formed on the upper surface of the piezoelectric ceramic body 2A, and each of the lead wires 51A and 5A is connected.
By connecting the other end of the bifurcated end of 2A to the input electrodes 3a and 3b formed on the lower surface of the piezoelectric ceramic body 2A, the input electrode 3 of the one drive unit 11a is electrically connected to each other.
The a and the input electrode 3b of the other driving unit 11b are a combination of those formed on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric ceramic body 2A. in this case,
The polarization directions of the driving unit 11a and the driving unit 11b are set to be opposite to each other so that the vibrations are mutually intensified. A combination of the output electrode 4a of one power generation portion 12a and the output electrode 4b of the other power generation portion 12b which are electrically connected to each other are formed on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric ceramic body 2A. So that In this case, the polarization direction is set so that the output voltage is output to the load 7 in phase.
2a and the power generation unit 12b are set in opposite directions.

【0041】また、本実施形態では2つの駆動部11
a,11bと2つの発電部12a,12bとにより構成
されているが、正方形の圧電セラミック体のn×nの領
域上にそれぞれ電極を形成して、駆動部と発電部とを市
松模様のように配置してもよい。この場合は、各駆動部
の入力用電極に電圧を印加する入力回路の交流電圧発生
部の出力周波数は、圧電セラミック体中の弾性波の伝搬
速度(音速)を圧電セラミック体の辺の長さを(2/
n)倍したもので除した値に設定する。正方形の圧電セ
ラミック体では、前記弾性波により、圧電セラミック体
がいずれの幅方向に対しても(n/2)波長モードで共
振振動することになる。
Further, in the present embodiment, the two driving units 11 are
a, 11b and two power generation units 12a, 12b, electrodes are formed on the n × n regions of a square piezoelectric ceramic body so that the drive unit and the power generation unit are in a checkered pattern. It may be placed at. In this case, the output frequency of the AC voltage generator of the input circuit that applies a voltage to the input electrode of each drive unit is the propagation speed (sound velocity) of the elastic wave in the piezoelectric ceramic body, and the length of the side of the piezoelectric ceramic body. (2 /
n) Set to the value obtained by dividing by the value obtained by multiplying. In the case of a square piezoelectric ceramic body, the elastic wave causes the piezoelectric ceramic body to resonate in the (n / 2) wavelength mode in any width direction.

【0042】また、駆動部と発電部とが必ずしも市松模
様のごとく配置されている必要はなく、例えば2つの駆
動部と2つの発電部とよりなる第1実施形態のごとき構
成において、駆動部同志、発電部同志を一方の幅方向に
並べるのもよい。この場合、一方の駆動部に基因して発
生する振動と他方の駆動部に基因して発生する振動と
が、圧電セラミック体の各部で同相となるように、入力
用電極とリード線との結線および入力用電極が形成され
る駆動部用の圧電セラミック体の領域の分極方向を設定
する。例えば、圧電セラミック体の同じ面に形成された
入力用電極同志が導通するようにリード線を結線した場
合には、分極方向は互いに逆方向となるようにする。ま
た、発電部の出力電圧が同相で出力されるように、出力
用電極とリード線との結線および出力用電極が形成され
る発電部用の圧電セラミック体の領域の分極方向を設定
する。例えば、圧電セラミック体の同じ面に形成された
出力用電極同志が導通するようにリード線を結線した場
合には、分極方向は互いに逆方向となるようにする。
Further, the drive unit and the power generation unit do not necessarily have to be arranged in a checkered pattern. For example, in the configuration such as the first embodiment composed of two drive units and two power generation units, the drive units are arranged in the same manner. , The power generation units may be arranged in one width direction. In this case, the connection between the input electrode and the lead wire is made so that the vibration generated due to one driving unit and the vibration generated due to the other driving unit have the same phase in each portion of the piezoelectric ceramic body. And, the polarization direction of the region of the piezoelectric ceramic body for the drive portion where the input electrode is formed is set. For example, when the lead wires are connected so that the input electrodes formed on the same surface of the piezoelectric ceramic body are electrically connected, the polarization directions are opposite to each other. Further, the polarization direction of the region of the piezoelectric ceramic body for the power generation unit where the connection between the output electrode and the lead wire and the output electrode is formed is set so that the output voltage of the power generation unit is output in phase. For example, when the lead wires are connected so that the output electrodes formed on the same surface of the piezoelectric ceramic body are electrically connected, the polarization directions are opposite to each other.

【0043】また、圧電セラミック体の一方の幅方向と
他方の幅方向とで駆動部または発電部が配置される領域
数が同じである必要はなく、例えば、圧電セラミック体
を、一方の幅方向の大きさ:他方の幅方向の大きさ=
3:2として、一方の幅方向に(3/2)波長モードで
共振振動せしめ、他方の幅方向に(2/2)波長モード
で共振振動せしめてもよい。この場合、駆動部および発
電部は6つできることになる。また、各領域を駆動部と
発電部とのいずれとするかも任意であり、駆動部と発電
部とが同数でなくともよい。例えば、前記駆動部および
発電部が6つできる例において、駆動部が4で発電部が
2とすることができる。
Further, it is not necessary that the number of regions in which the driving portion or the power generating portion is arranged be the same in one width direction of the piezoelectric ceramic body and the other width direction thereof. Size: size of the other width direction =
As a 3: 2 ratio, resonance vibration may be performed in the (3/2) wavelength mode in one width direction and resonance vibration may be performed in the (2/2) wavelength mode in the other width direction. In this case, six drive units and six power generation units can be provided. Further, it is arbitrary whether each region is used as a drive unit or a power generation unit, and the number of drive units and power generation units may not be the same. For example, in the example in which the number of drive units and the number of power generation units are six, the number of drive units can be four and the number of power generation units can be two.

【0044】(第3実施形態)本発明の第3の実施形態
を図3に示す。圧電セラミックトランス回路の圧電セラ
ミックトランス1Bは、第1実施形態と同様に1つの駆
動部11Bと1つの発電部12Bとからなる。相違点は
圧電セラミック体2Bの形状である。圧電セラミック体
2Bは第1実施形態と同様のL:W=2:1の比率のも
ので、長さ方向に2つに区画された各領域21B,22
Bに電極3,4が形成されている。圧電セラミック体2
Bの角は45°の角度に切り欠いてあり、また、辺縁部
である、長さ方向に沿う両側の対向辺は、中央部が45
°のV字状に切り欠いてある。これらの切り欠き20
1,202,203,204,205,206の形成位
置は、駆動部11B、発電部12Bが設けられる圧電セ
ラミック体2Bの領域21B,22Bの4つの角部であ
り、前記領域21B,22Bが角を落とした形状となっ
ている。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. The piezoelectric ceramic transformer 1B of the piezoelectric ceramic transformer circuit includes one drive unit 11B and one power generation unit 12B as in the first embodiment. The difference is the shape of the piezoelectric ceramic body 2B. The piezoceramic body 2B has the same L: W = 2: 1 ratio as in the first embodiment, and is divided into two regions 21B and 22 in the length direction.
Electrodes 3 and 4 are formed on B. Piezoelectric ceramic body 2
The angle of B is notched at an angle of 45 °, and the opposite sides on both sides along the length direction, which are the edge portions, have a central portion of 45 degrees.
It is cut out in a V shape of °. These notches 20
1, 202, 203, 204, 205 and 206 are formed at the four corners of the regions 21B and 22B of the piezoelectric ceramic body 2B where the driving unit 11B and the power generation unit 12B are provided, and the regions 21B and 22B are corners. The shape has been dropped.

【0045】これにより、次の効果を奏する。圧電セラ
ミックトランス1Bは、第1実施形態と同様に、長さ方
向に1波長モードで、幅方向に(1/2)波長モードで
共振振動するが、駆動部11Bへの電圧印加により発生
する弾性波には、これら2方向のみならずこれら2方向
で挟まれた斜め方向にも進行するものもある。かかる方
向の弾性波は、第1実施形態では交流電圧発生部50の
出力周波数に対応した共振とは異なる不要共振の原因と
なり、損失となる。本実施形態では、圧電セラミック体
2Bの前記領域21B,22Bが、その角を落とすこと
で円形に近いものとなり、交流電圧発生部50の出力周
波数に対応した共振とは異なる不要共振が抑制される。
したがって、さらに電気機械結合係数が向上し、損失が
低減する。
As a result, the following effects are obtained. Similar to the first embodiment, the piezoelectric ceramic transformer 1B resonates and vibrates in the one-wavelength mode in the length direction and in the (1/2) wavelength mode in the width direction, but the elasticity generated by the voltage application to the drive unit 11B. Some waves travel not only in these two directions but also in an oblique direction sandwiched by these two directions. The elastic wave in such a direction causes unnecessary resonance that is different from the resonance corresponding to the output frequency of the AC voltage generator 50 in the first embodiment, resulting in a loss. In the present embodiment, the regions 21B and 22B of the piezoelectric ceramic body 2B have a shape close to a circle by reducing the corners thereof, and unnecessary resonance different from the resonance corresponding to the output frequency of the AC voltage generator 50 is suppressed. .
Therefore, the electromechanical coupling coefficient is further improved and the loss is reduced.

【0046】本実施形態においても圧電セラミック体2
Bが、電極非形成の、駆動部21Bと発電部22Bとの
境界部23Bで応力が極小となるから、境界部23Bを
広くとることができる。
Also in this embodiment, the piezoelectric ceramic body 2 is used.
B has a minimum stress at the boundary portion 23B between the drive portion 21B and the power generation portion 22B in which the electrode is not formed, so that the boundary portion 23B can be wide.

【0047】なお、駆動部または発電部が配置される圧
電セラミック体の各領域の角を落とすという本実施形態
の特徴は、第2実施形態にも適用することができる。
The feature of the present embodiment that the corners of each region of the piezoelectric ceramic body in which the drive unit or the power generation unit is arranged is reduced can be applied to the second embodiment.

【0048】また、前記各実施形態において、電極の形
状を正方形としているが、必ずしもこれに限定されるも
のではなく、例えば円形としてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the shape of the electrode is a square, but the shape is not necessarily limited to this, and it may be a circle, for example.

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

【図1】本発明の第1実施形態になる圧電セラミックト
ランス回路の構成および圧電セラミックトランスにおけ
る振動状態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a piezoelectric ceramic transformer circuit according to a first embodiment of the present invention and a vibration state in the piezoelectric ceramic transformer.

【図2】本発明の第2実施形態になる圧電セラミックト
ランス回路の構成および圧電セラミックトランスにおけ
る振動状態を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a piezoelectric ceramic transformer circuit according to a second embodiment of the present invention and a vibration state in the piezoelectric ceramic transformer.

【図3】本発明の第3実施形態になる圧電セラミックト
ランス回路の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a piezoelectric ceramic transformer circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来の第1の例の圧電セラミックトランス回路
の主要部である圧電セラミックトランスの図である。
FIG. 4 is a diagram of a piezoelectric ceramic transformer which is a main part of a conventional piezoelectric ceramic transformer circuit of a first example.

【図5】従来の第2の例の圧電セラミックトランス回路
の主要部である圧電セラミックトランスの図である。
FIG. 5 is a diagram of a piezoelectric ceramic transformer that is a main part of a conventional piezoelectric ceramic transformer circuit of a second example.

【図6】従来の第3の例の圧電セラミックトランス回路
の主要部である圧電セラミックトランスの図である。
FIG. 6 is a diagram of a piezoelectric ceramic transformer that is a main part of a conventional piezoelectric ceramic transformer circuit of a third example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1A,1B 圧電セラミックトランス 11,11a,11b,11B 駆動部 12,12a,12b,12B 発電部 2,2A,2B 圧電セラミック体 21,22,21a,21b,22a,22b,21
B,22B 領域 23,23aa,23ab,23ba,23bb,23
B 境界部 201,202,203,204,205,206 切
り欠き 3,3a,3b 入力用電極 4,4a,4b 出力用電極 5,5A 入力回路(給電手段) 50 交流電圧発生部 51,52,51A,52A リード線 61,62,61A,62A リード線 7 負荷
1, 1A, 1B Piezoelectric ceramic transformer 11, 11a, 11b, 11B Driving unit 12, 12a, 12b, 12B Power generation unit 2, 2A, 2B Piezoelectric ceramic body 21, 22, 21a, 21b, 22a, 22b, 21
B, 22B areas 23, 23aa, 23ab, 23ba, 23bb, 23
B Boundary portions 201, 202, 203, 204, 205, 206 Notches 3, 3a, 3b Input electrodes 4, 4a, 4b Output electrodes 5, 5A Input circuit (power supply means) 50 AC voltage generation portions 51, 52, 51A, 52A Lead wire 61, 62, 61A, 62A Lead wire 7 Load

フロントページの続き (72)発明者 秋元 克英 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内Continued front page    (72) Inventor Katsuhide Akimoto             1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi stock market             Inside the company DENSO

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 略矩形の平板状で厚さ方向に分極された
圧電セラミック体の上下面に入力用の電極を形成して駆
動部とし、入力用電極とは別の位置で前記圧電セラミッ
ク体の上下面に出力用の電極を形成して発電部とした圧
電セラミックトランスと、前記入力用電極間に交流電圧
を印加して圧電セラミック体に共振振動を励起せしめる
給電手段とを具備する圧電セラミックトランス回路にお
いて、 前記圧電セラミック体を、前記共振振動として、前記圧
電セラミック体の一方の幅方向の共振振動と前記圧電セ
ラミック体の他方の幅方向の共振振動とが発生する形状
とし、 かつ、前記駆動部と発電部との境界部を、前記共振振動
の腹となる位置としたことを特徴とする圧電セラミック
トランス回路。
1. A substantially rectangular flat plate-shaped piezoelectric ceramic body polarized in the thickness direction, wherein electrodes for input are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic body to serve as a driving unit, and the piezoelectric ceramic body is provided at a position different from that of the input electrode. Piezoelectric ceramics comprising: a piezoelectric ceramic transformer having an output electrode formed on the upper and lower surfaces thereof as a power generation section; and a power feeding means for applying an AC voltage between the input electrodes to excite resonant vibration in the piezoelectric ceramic body. In the transformer circuit, the piezoelectric ceramic body has a shape in which, as the resonant vibration, resonant vibration in one width direction of the piezoelectric ceramic body and resonant vibration in the other width direction of the piezoelectric ceramic body are generated, and A piezoelectric ceramic transformer circuit, characterized in that a boundary portion between the drive portion and the power generation portion is located at an antinode of the resonance vibration.
【請求項2】 請求項1記載の圧電セラミックトランス
回路において、前記圧電セラミック体を、前記圧電セラ
ミック体の一方の幅方向の大きさが、前記入力用電極へ
の電圧印加により圧電セラミック体内部を伝搬する弾性
波の半波長の2以上の自然数倍であり、前記圧電セラミ
ック体の他方の幅方向の大きさが、前記弾性波の半波長
の自然数倍である形状とし、 前記電極を、前記圧電セラミック体の一方の幅方向およ
び他方の幅方向に前記弾性波の半波長の大きさを有する
領域に1つずつ形成した圧電セラミックトランス回路。
2. The piezoelectric ceramic transformer circuit according to claim 1, wherein the size of the piezoelectric ceramic body in one width direction is such that the inside of the piezoelectric ceramic body is formed by applying a voltage to the input electrode. The size is 2 or more natural numbers times the half wavelength of the propagating elastic wave, and the size of the other width direction of the piezoelectric ceramic body is the natural number times the half wavelength of the elastic wave. A piezoelectric ceramic transformer circuit, wherein one piezoelectric ceramic transformer circuit is formed in each of the width direction and the other width direction of the piezoelectric ceramic body in a region having a half wavelength of the elastic wave.
【請求項3】 請求項2記載の圧電セラミックトランス
回路において、前記圧電セラミック体の辺縁部を切り欠
いて、前記領域の角を落とした圧電セラミックトランス
回路。
3. The piezoelectric ceramic transformer circuit according to claim 2, wherein a peripheral edge portion of the piezoelectric ceramic body is cut out to reduce a corner of the region.
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