JP2008509566A - 圧電（ピエゾ）トランス - Google Patents

Abstract

圧電材料を有する、基板付きの圧電（ピエゾ）トランスが提供される。
圧電材料は、基板の入力部分（１）では、第１の軸線に沿って極性付けられており、基板の出力部分（２）では、第１の軸線に対して垂直方向の第２の軸線に沿って極性付けられている。入力部分と出力部分との間の移行領域内では、圧電材料の極性の方向が、第一の軸線に沿った極性から徐々に第２の軸線に沿った極性の方に変化する。

Description

本発明は、圧電（ピエゾ）トランスに関する。

ローズタイプの圧電（ピエゾ）トランスは、例えば、刊行物米国特許第 ２９７４２９６ 号明細書から公知である。このトランスでは、入力部分内でのセラミック内の電気極性は、トランスの出力部分内での極性に対して垂直方向に配向されている。

本発明が解決すべき課題は、損失の少ない圧電（ピエゾ）トランスを提供することにある。

圧電材料を有する基板を有しており、圧電材料は、基板の入力部分では、第１の軸線に沿って極性付けられており、基板の出力部分では、第１の軸線に対して垂直方向の第２の軸線に沿って極性付けられている圧電（ピエゾ）トランスが提供される。入力部分と出力部分との間に移行領域が設けられており、移行領域内では、圧電材料の極性は、当該極性の方向が、第１の軸線に沿った極性から徐々に第２の軸線に沿った極性の方に変化する。

移行領域内では、電気的な極性の方向が、入力部分内での０°から出力部分内での９０°の方に徐々に変化する。このように、徐々に変化させるために、１変形実施例では、入力部分内での各内部電極が、相互に異なった長さを有する２つのグループに分割されている。各内部電極の各長さの差は、トランスの入力部分内での圧電（ピエゾ）層の厚みよりも大きい。

トランス内での入力電圧の高さが、圧電（ピエゾ）セラミックの保磁力のある電場に相応する限界値を超過した場合に生起することがある。この保磁力のある電場は、圧電（ピエゾ）セラミックの電気的な極性の方向を変える電界強度として定義される。

トランス内のセラミックの極性付けが解消されるのを阻止するために、有利には、（極性付けプロセス後）トランスの入力電圧の極性を、トランスの極性付けプロセス中印加される電圧の極性と同じであるようにされる。このために、入力部分での電圧発生器の電気的アースと、出力部分での整流器の電気的アースは、極性付けプロセス中電気的アースと接続された圧電（ピエゾ）トランスの各電極と接続されている。

有利な１変形実施例では、ローズタイプのラミネートされた圧電（ピエゾ）トランスが提供される。トランスは、矩形状の棒の形式の基板を有している。基板は、機械的に相互に結合された少なくとも２つの部分、つまり、入力部分（１次側）と出力部分（２次側）を有している。

入力部分は、厚み方向に極性付けられた複数の圧電層を有している。各圧電層は、有利には、セラミックを有している。各圧電層間に、第１の内部電極と第２の内部電極が設けられている。第１の各内部電極は、相互に導電接続されて、第１のグループを形成している。第２の各内部電極は、相互に導電接続されて、第２のグループを形成している。第１の各内部電極及び第２の各内部電極は、有利には、交互の列順序で設けられている。

出力部分は、長手方向軸線に沿って極性付けられており、その際、出力電極は、例えば、圧電（ピエゾ）トランスの本体の端面に設けられている。

入力部分内での各内部電極の２つのグループは、トランス本体の端面に設けられた出力電極に対して異なった間隔を有している。この差は、入力部分内の個別セラミック層の厚みよりも大きい。出力電極に対して比較的短い間隔の各内部電極のグループは、極性付けプロセス中、電気的アースと導電接続される。

出力電極に対して比較的短い間隔の各入力電極のグループは、１変形実施例では、電圧発生器のアース端子と接続され、この電圧発生器は、入力電圧のパルスを発生し、このパルスは、極性付けプロセス中の電圧と同じ極性を有している。

出力電極は、出力電圧の直流電圧成分が、極性付けプロセス中の電圧と同じ極性を有しているように、整流器と接続するとよい。

以下、本発明の圧電（ピエゾ）トランス及び圧電（ピエゾ）トランスを備えた装置について、図示（但し、精確な尺度の図ではなく略図にすぎない）の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は、ローズタイプの多層式圧電（ピエゾ）トランスの実施例を示す図、
図２は、図１の圧電（ピエゾ）トランスを備えた電気回路の等価回路の略図であり、圧電（ピエゾ）トランスと電圧発生器及び整流器との接続部を示す図である。

図１は、ローズタイプ（薔薇の花びら状）の積層された圧電（ピエゾ）トランスの実施例を示す。トランスの基板は、機械的に相互に結合された２つの部分、つまり、入力部分１と出力部分２を有している。

入力部分１内には、第１の外側電極６を用いて相互に結合された第１の平行な内部電極３と、第２の外部電極７を用いて相互に結合された第２の平行な内部電極４とが設けられている。第１の内部電極３は、第１のグループを形成し、第２の内部電極４は、第２のグループを形成する。出力部分２は、出力部分の第２の端面に設けられた、第３の外部電極５を有している。

入力部分内に設けられた各圧電層は、厚み方向に沿って極性付けられており、他方、出力部分は、トランス本体の長手方向軸線に沿って極性付けられている。矢印は、圧電セラミック内の電気極性の方向を示す。

外側電極６及び７は、トランス本体の第１の端面上に設けられている。
第１のグループの各内部電極３は、第３の外部電極５に対して間隔ｌ_２を有しており、第２のグループの各内部電極４は、第３の外部電極５に対して間隔ｌ_１を有している。間隔ｌ_１と間隔ｌ_２との差は、トランスの、この部分内で、電気的な極性の方向が、０°〜９０°の範囲内で徐々に入力部分から出力部分に変化するようにされている。極性の方向が徐々に変化することによって、入力部分と出力部分との間の接合部に機械的な応力が生じ、この応力値は、内部電極３及び４が出力電極５に対して同じ間隔を有しているトランス内で生じる機械的な応力の値よりも遙かに小さい。

図２は、ローズタイプの圧電（ピエゾ）トランスと外部回路との接続を示す。電圧発生器の高電圧出力接続部（点８）は、入力部分の第１の内部電極３と接続されている。入力部分の第２の内部電極４は、電気的なアースと接続されている。トランスの入力電圧のパルスの極性は、極性付け中の電圧の極性と同じである。トランスの出力電極５と接続されている整流器９の出力側の極性は、同様に、トランスの出力部分２の極性付け中の電圧と同じである。電気接続部の極性を、そのように選択する際、トランスに比較的高い電圧が印加されると、圧電セラミックがトランス内で極性付けされるのが解消される。

所定のトランスは、図示の実施例に限定されるものではない。例えば、１次側と２次側を取り替えてもよい。

ローズタイプの多層式圧電（ピエゾ）トランスの実施例を示す図 図１の圧電（ピエゾ）トランスを備えた電気回路の等価回路の略図であり、圧電（ピエゾ）トランスと電圧発生器及び整流器との接続部を示す図

Claims (8)

1. 圧電（ピエゾ）トランスにおいて、
   圧電材料を有する基板を有しており、前記圧電材料は、前記基板の入力部分（１）では、第１の軸線に沿って極性付けられており、前記基板の出力部分（２）では、前記第１の軸線に対して垂直方向の第２の軸線に沿って極性付けられており、
   前記入力部分と前記出力部分との間の移行領域内では、前記圧電材料の極性は、当該極性の方向が、前記第一の軸線に沿った極性から徐々に前記第２の軸線に沿った極性の方に変化するようにしたことを特徴とする圧電（ピエゾ）トランス。
2. 入力部分（１）は各入力電極（３，４）を有しており、出力部分（２）は少なくとも１つの出力電極（５）を有しており、
   一方の極性の入力電極（４）の接合領域側の各端は、他方の極性の各入力電極（３）の各端よりも、出力側電極（５）側から小さな間隔（ｌ_１）を有している請求項１記載の圧電（ピエゾ）トランス。
3. 入力部分（１）は、各入力電極（３，４）として、基板内に設けられた複数の内部電極を有しており、
   出力部分（２）は、出力電極（５）として、前記基板の表面に設けられた外部電極だけを有している請求項２記載の圧電（ピエゾ）トランス。
4. 異なる極性の各入力電極（３，４）の、出力電極（５）からの各間隔（ｌ_１，ｌ_２）の差は、隣接する２つの入力電極（３，４）間の間隔よりも大きい請求項２又は３記載の圧電（ピエゾ）トランス。
5. 各入力電極を、出力電極に対して比較的短い間隔でアース端子と接続する請求項２〜４迄の何れか１記載の圧電（ピエゾ）トランスの極性付け方法。
6. 各入力電極を、出力電極に対して比較的短い間隔で電圧発生器のアースと接続する請求項２〜４迄の何れか１記載の圧電（ピエゾ）トランスを作動する方法。
7. 電圧発生器は、変圧器の極性付けのために用いられる電圧と同じ極性の電圧を発生するようにする請求項６記載の方法。
8. 出力電極に、整流器を接続し、該整流器の出力電圧が、出力部分の極性付けの際に使用された電圧の極性に等しいようにする請求項６又は７記載の方法。

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