JP2017084857A - Piezoelectric transformer and piezoelectric transformer device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電体に設けられた入力側の電極に電圧が印加されると、出力側の電極に電圧が励起される圧電トランス及び圧電トランスデバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric transformer and a piezoelectric transformer device in which, when a voltage is applied to an input side electrode provided in a piezoelectric body, the voltage is excited to an output side electrode.
特許文献1には、複数の圧電体層と複数の内部電極層とが交互に積層された積層体の同一面に、外部電極を全て設けた構成の圧電トランスが開示されている。この圧電トランスは、一対の外部電極を矩形状の面の対向する辺に沿って設け、その間に、別の一対の外部電極が設けられている。
しかしながら、特許文献1に記載の圧電トランスを、ACアダプタ等の高電圧が取り扱われる回路に用いた場合、特許文献1に記載の外部電極配置では、十分な絶縁距離を保つように各電極を設けることは難しい。
However, when the piezoelectric transformer described in
そこで、本発明の目的は、電極間の絶縁距離を十分に確保できるようにした圧電トランス及び圧電トランスデバイスを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoelectric transformer and a piezoelectric transformer device capable of ensuring a sufficient insulation distance between electrodes.
本発明は、圧電体に設けられた第1外部電極、第2外部電極、第3外部電極及び第4外部電極のうち、前記第1外部電極及び前記第2外部電極、又は、前記第3外部電極及び前記第4外部電極の一方に電圧が印加されることで、他方に電圧が励起される圧電トランスにおいて、矩形状の第1面を有する前記圧電体と、前記圧電体内に設けられ、前記第1外部電極に接続する複数の第1内部電極と、前記圧電体内に設けられ、前記第2外部電極に接続する複数の第2内部電極と、前記圧電体内に設けられ、前記第3外部電極に接続する複数の第3内部電極と、前記圧電体内に設けられ、前記第4外部電極に接続する複数の第4内部電極と、を備え、前記第1外部電極、前記第2外部電極、前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、互いに絶縁されて前記圧電体の前記第1面に設けられ、前記第1外部電極及び前記第2外部電極は、前記圧電体の前記第1面の一辺方向に沿って配列され、前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に沿って配列されて、前記第1外部電極及び前記第3外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列され、前記第2外部電極及び前記第4外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列されることを特徴とする。 The present invention provides the first external electrode, the second external electrode, or the third external electrode among the first external electrode, the second external electrode, the third external electrode, and the fourth external electrode provided on the piezoelectric body. In the piezoelectric transformer in which a voltage is applied to one of the electrode and the fourth external electrode and the voltage is excited to the other, the piezoelectric body having a rectangular first surface is provided in the piezoelectric body, A plurality of first internal electrodes connected to the first external electrode, a plurality of second internal electrodes provided in the piezoelectric body and connected to the second external electrode, and provided in the piezoelectric body, the third external electrode A plurality of third internal electrodes connected to the piezoelectric body, and a plurality of fourth internal electrodes provided in the piezoelectric body and connected to the fourth external electrode, wherein the first external electrode, the second external electrode, The third external electrode and the fourth external electrode are insulated from each other Provided on the first surface of the piezoelectric body, and the first external electrode and the second external electrode are arranged along one side direction of the first surface of the piezoelectric body, and the third external electrode and The fourth external electrode is arranged along the one side direction of the first surface of the piezoelectric body, and the first external electrode and the third external electrode are the one side of the first surface of the piezoelectric body. The second external electrode and the fourth external electrode are arranged along a direction orthogonal to the direction, and the second external electrode and the fourth external electrode are arranged along a direction orthogonal to the one-side direction of the first surface of the piezoelectric body. To do.
この構成では、第1外部電極及び第2外部電極と、第3外部電極及び第4外部電極とは、離間して配置されるため、電極間の絶縁を保つことができる。また、各電極は圧電体の同一面に形成されているため、圧電トランスの実装が容易となる。 In this configuration, since the first external electrode and the second external electrode, and the third external electrode and the fourth external electrode are spaced apart from each other, insulation between the electrodes can be maintained. Further, since each electrode is formed on the same surface of the piezoelectric body, mounting of the piezoelectric transformer is facilitated.
前記第1内部電極、前記第2内部電極、前記第3内部電極及び前記第4内部電極は、面状電極であり、前記面状電極の主面の法線方向は一致する構成でもよい。 The first internal electrode, the second internal electrode, the third internal electrode, and the fourth internal electrode may be planar electrodes, and the normal directions of the main surfaces of the planar electrodes may be the same.
この構成では、外部電極の構成を形成しやすくなる。 In this configuration, the configuration of the external electrode is easily formed.
前記圧電体は、前記主面の前記法線方向に長辺を有する直方体形状であってもよい。 The piezoelectric body may have a rectangular parallelepiped shape having a long side in the normal direction of the main surface.
この構成では、外部電極間を離間させやすく、電極間の絶縁を保つことができる。 In this configuration, the external electrodes can be easily separated from each other, and insulation between the electrodes can be maintained.
前記第1外部電極及び前記第2外部電極は高電圧側電極であり、前記第3外部電極及び前記第4外部電極は低電圧側電極であり、前記第1内部電極及び前記第2内部電極は、前記圧電体の前記長辺に直交する断面と同形状の主面を有する面状電極であり、前記第3内部電極及び前記第4内部電極は、円形状の主面を有する面状電極である構成でもよい。 The first external electrode and the second external electrode are high-voltage side electrodes, the third external electrode and the fourth external electrode are low-voltage side electrodes, and the first internal electrode and the second internal electrode are The planar electrode has a principal surface having the same shape as the cross section orthogonal to the long side of the piezoelectric body, and the third internal electrode and the fourth internal electrode are planar electrodes having a circular principal surface. A certain configuration may be used.
この構成では、第1面に沿った方向を厚みとする厚み縦振動モードで振動する圧電トランスである場合、圧電体の低電圧側にクラックが入り難く、素子強度に優れた圧電トランスを実現できる。 In this configuration, in the case of a piezoelectric transformer that vibrates in a thickness longitudinal vibration mode in which the direction along the first surface is a thickness, it is difficult to crack on the low voltage side of the piezoelectric body, and a piezoelectric transformer having excellent element strength can be realized. .
前記第1外部電極と前記第2外部電極とは1次側電極対であり、前記第3外部電極と前記第4外部電極とは2次側電極対である構成でもよい。 The first external electrode and the second external electrode may be a primary electrode pair, and the third external electrode and the fourth external electrode may be a secondary electrode pair.
前記圧電体は、前記第1面の前記一辺方向に沿った方向に配列された第1の2次側部、第1の1次側部、第2の1次側部及び第2の2次側部を有し、前記第1内部電極、前記第2内部電極、前記第1外部電極及び前記第2外部電極は、前記圧電体の前記第1の1次側部に設けられ、前記第3内部電極、前記第4内部電極、前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、前記圧電体の前記第1の2次側部に設けられ、前記圧電体の前記第2の1次側部に位置する前記第1面に設けられた第5外部電極及び第6外部電極と、前記圧電体の前記第2の2次側部に位置する前記第1面に設けられた第7外部電極及び第8外部電極と、前記圧電体の前記第2の1次側部に設けられ、前記第5外部電極に接続する複数の第5内部電極と、前記圧電体の前記第2の1次側部に設けられ、前記第6外部電極に接続する複数の第6内部電極と、前記圧電体の前記第2の2次側部に設けられ、前記第7外部電極に接続する複数の第7内部電極と、前記圧電体の前記第2の2次側部に設けられ、前記第8外部電極に接続する複数の第8内部電極と、をさらに備え、前記第5外部電極及び前記第6外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に沿って配列され、前記第7外部電極及び前記第8外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に沿って配列されて、前記第5外部電極及び前記第7外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列され、前記第6外部電極及び前記第8外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列されている構成でもよい。 The piezoelectric body includes a first secondary side, a first primary side, a second primary side, and a second secondary arranged in a direction along the one side direction of the first surface. The first internal electrode, the second internal electrode, the first external electrode, and the second external electrode are provided on the first primary side of the piezoelectric body, and the third internal electrode The internal electrode, the fourth internal electrode, the third external electrode, and the fourth external electrode are provided on the first secondary side of the piezoelectric body, and the second primary side of the piezoelectric body A fifth external electrode and a sixth external electrode provided on the first surface located on the first surface; a seventh external electrode provided on the first surface located on the second secondary side portion of the piezoelectric body; An eighth external electrode, a plurality of fifth internal electrodes provided on the second primary side of the piezoelectric body and connected to the fifth external electrode, and the first of the piezoelectric body A plurality of sixth internal electrodes connected to the sixth external electrode and a plurality connected to the seventh external electrode on the second secondary side of the piezoelectric body. A plurality of eighth internal electrodes provided on the second secondary side portion of the piezoelectric body and connected to the eighth external electrode, wherein the fifth external electrode and the The sixth external electrode is arranged along the one side direction of the first surface of the piezoelectric body, and the seventh external electrode and the eighth external electrode are arranged in the one side direction of the first surface of the piezoelectric body. The fifth external electrode and the seventh external electrode are arranged along a direction orthogonal to the one side direction of the first surface of the piezoelectric body, and the sixth external electrode and the eighth external electrode The external electrode is arranged along a direction perpendicular to the one side direction of the first surface of the piezoelectric body It may be configured to have been.
この構成では、圧電体の中央部を中心に振動が左右対称となるように構成することで第1高電圧部及び第2高電圧部の振動エネルギーを第1低電圧部及び第2低電圧部に効率よく伝えることができる。その結果、効率のよい変圧が可能となる。 In this configuration, the vibration energy of the first high voltage portion and the second high voltage portion is configured to be symmetrical with respect to the center portion of the piezoelectric body, whereby the first low voltage portion and the second low voltage portion are used. Can communicate efficiently. As a result, efficient transformation is possible.
本発明に係る圧電トランスデバイスは、前記圧電トランスと、前記圧電体は、前記第1面に沿った方向を厚みとする厚み縦振動モードで振動し、前記圧電体が実装される基板をさらに備え、前記基板は、前記第1外部電極が実装される第1実装電極と、前記第2外部電極が実装される第2実装電極と、前記第3外部電極が実装される第3実装電極と、前記第4外部電極が実装される第4実装電極と、を有し、前記第1実装電極、前記第2実装電極、前記第3実装電極及び前記第4実装電極のそれぞれの一部は、実装された前記圧電体が振動する際のノード点と一致する構成でもよい。 The piezoelectric transformer device according to the present invention further includes a substrate on which the piezoelectric transformer and the piezoelectric body vibrate in a thickness longitudinal vibration mode having a thickness in a direction along the first surface and the piezoelectric body is mounted. The substrate includes a first mounting electrode on which the first external electrode is mounted, a second mounting electrode on which the second external electrode is mounted, a third mounting electrode on which the third external electrode is mounted, A fourth mounting electrode on which the fourth external electrode is mounted, each of the first mounting electrode, the second mounting electrode, the third mounting electrode, and the fourth mounting electrode being mounted. The configuration may be the same as the node point when the piezoelectric body is vibrated.
この構成では、基板に実装しても、圧電トランスの振動に影響しない。 In this configuration, even when mounted on the substrate, the vibration of the piezoelectric transformer is not affected.
前記第1実装電極及び前記第2実装電極とは、第1ノード点と一致する位置に形成され、前記第3実装電極及び前記第4実装電極は、第2ノード点と一致する位置に形成されている構成でもよい。 The first mounting electrode and the second mounting electrode are formed at positions that coincide with a first node point, and the third mounting electrode and the fourth mounting electrode are formed at positions that coincide with a second node point. The structure which is may be sufficient.
この構成では、圧電トランスを、安定して基板に対し電気的に接続することができる。 In this configuration, the piezoelectric transformer can be stably electrically connected to the substrate.
本発明によれば、離間して配置した、第1外部電極及び第2外部電極と第3外部電極及び第4外部電極との間の絶縁を保つことができる。 According to the present invention, it is possible to maintain insulation between the first external electrode and the second external electrode, the third external electrode, and the fourth external electrode that are disposed apart from each other.
(実施形態1)
図1(A)は、実施形態1に係る圧電トランス1の平面図、図1(B)は、(A)のIB−IB線の断面図、図1(C)は、(A)のIC−IC線の断面図である。なお、図1(A)は、圧電体10の内部を透視した図である。
(Embodiment 1)
1A is a plan view of the
圧電トランス1は、一方に長い直方体形状の圧電体10を備えている。圧電体10は、例えばPZT系セラミックスシートが積層されて形成されている。以下では、長手方向をX軸方向、幅方向をY軸方向(本発明に係る「一辺方向」に相当)、厚み方向をZ軸方向とする。本実施形態に係る圧電トランス1は、(2λ/2)共振モードで長さ方向に振動するものとする。ここで、λはX軸方向の振動の1波長である。従って、圧電体10のX軸方向の長さは(2λ/2)としている。
The
圧電体10には、1次側の入力領域10A及び2次側の出力領域10BがX軸方向に沿って形成されている。本実施形態に係る圧電トランス1は、入力領域10Aから交流電圧が入力され、その電圧を降圧して、出力領域10Bから出力するトランスである。すなわち、入力領域10Aは高圧側、出力領域10Bは低圧側となる。入力領域10A及び出力領域10Bは、それぞれX軸方向に分極されている。なお、分極方向は、入力領域10Aと出力領域10Bとで同方向であってもよいし、逆方向であってもよい。
The
入力領域10AのX−Y軸方向に沿った第1面S1には、入力側第1外部電極11と、入力側第2外部電極12と、出力側第1外部電極13と、出力側第2外部電極14とが設けられている。これら電極11〜14が設けられた第1面S1は、圧電トランス1の実装面となる。入力側第1外部電極11は、本発明に係る「第1外部電極」に相当し、入力側第2外部電極12は、本発明に係る「第2外部電極」に相当する。また、出力側第1外部電極13は、本発明に係る「第3外部電極」に相当し、出力側第2外部電極14は、本発明に係る「第4外部電極」に相当する。また、入力側第1外部電極11と入力側第2外部電極12とは、本発明に係る「1次側電極対」に相当し、出力側第1外部電極13と出力側第2外部電極14とは、本発明に係る「2次側電極対」に相当する。
On the first surface S1 along the XY axis direction of the
入力側第1外部電極11、入力側第2外部電極12、出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14は、長辺及び短辺からなる主面を有する矩形状である。各電極11,12,13,14は、長辺がX軸方向、短辺がY軸方向と一致するように、圧電体10の第1面S1に設けられている。
The input side first
詳しくは、入力側第1外部電極11及び出力側第1外部電極13は、圧電体10の第1面S1の一の長辺に沿って設けられている。入力側第2外部電極12及び出力側第2外部電極14は、圧電体10の第1面S1の他の長辺に沿って設けられている。また、入力側第1外部電極11及び入力側第2外部電極12は、Y軸方向に沿って対向している。出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14は、Y軸方向に沿って対向している。
Specifically, the input-side first
入力側第1外部電極11、入力側第2外部電極12、出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14が前記のように配置されることで、高圧側の入力側第1外部電極11及び入力側第2外部電極12と、低圧側の出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14とを離間させやすく、電極間の絶縁を保つことができる。また、外部電極11〜14を圧電体10の同一面に形成することで、圧電トランス1を基板(不図示)に実装し易くなる。
The input-side first
入力領域10Aには、複数の入力側第1内部電極111と,複数の入力側第2内部電極121とが設けられている。入力側第1内部電極111は、図1(B)に示すように、円形状の主面を有し、入力側第1外部電極11と導通している。すなわち、入力側第1外部電極11及び入力側第1内部電極111は同電位の電極を形成する。入力側第2内部電極121は、図1(C)に示すように、円形状の主面を有し、入力側第2外部電極12と導通している。すなわち、入力側第2外部電極12及び入力側第2内部電極121は同電位の電極を形成する。なお、入力側第1内部電極111の円形状の主面と入力側第2内部電極121の円形状の主面とは、略同じ大きさである。入力側第1内部電極111と、入力側第2内部電極121とは、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
A plurality of input side first
出力領域10Bには、複数の出力側第1内部電極131と,複数の出力側第2内部電極141とが設けられている。出力側第1内部電極131は、図示しないが、入力側第1内部電極111と同形状(図1(B)参照)であり、出力側第1外部電極13と導通している。すなわち、出力側第1外部電極13及び出力側第1内部電極131は同電位の電極を形成する。出力側第2内部電極141は、図示しないが、入力側第2内部電極121と同形状(図1(C)参照)であり、出力側第2外部電極14と導通している。すなわち、出力側第2外部電極14及び出力側第2内部電極141は同電位の電極を形成する。出力側第1内部電極131と、出力側第2内部電極141とは、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
In the
前記のように、入力領域10Aは高圧側であり、出力領域10Bは低圧側である。したがって、入力側第1内部電極111と入力側第2内部電極121との電極間の距離は、出力側第1内部電極131と出力側第2内部電極141との電極間の距離よりも長い。なお、各電極111,121,131,141の数は、図1に示す数に限定されない。
As described above, the
図2は、入力領域10A及び出力領域10Bの振動方向を説明するための図である。図2に示す矢印は、入力領域10A及び出力領域10Bにおける圧電体10の伸縮方向である。破線は、圧電体10の応力分布を示す。また、図2の下部に示す波形は、振動する圧電体10の変位分布を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining the vibration directions of the
入力側第1外部電極11と入力側第2外部電極12とに交流電圧が印加されると、入力側第1内部電極111と入力側第2内部電極121との間に電界が生じる。すなわち、入力領域10Aには分極方向に電界が加えられる。このとき、例えば、入力側第1内部電極111を挟んで、X軸方向のプラス方向側とマイナス方向側とは互いに反対方向に電界が印加される。そして、逆圧電効果により分極方向、すなわち、圧電体10の第1面S1に沿ったX軸方向を厚みとする厚み縦振動が励振され、図2の矢印に示すように、入力領域10AはX軸方向に伸縮する。
When an AC voltage is applied to the input side first
縦振動が励振されると、出力領域10BではX軸方向(分極方向)に機械的歪みが生じ、図2の矢印に示すように、出力領域10BはX軸方向に伸縮する。2λ/2振動モードであるので、入力領域10Aと出力領域10Bの伸縮方向は逆である。そして、圧電縦効果により分極方向に電位差が発生する。すなわち、出力側第1内部電極131と出力側第2内部電極141との間に電位差が生じる。このとき、例えば、出力側第1内部電極131を挟んで、X軸方向のプラス方向側とマイナス方向側とは互いに反対方向に電圧が誘起される。そして、出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14から変圧(降圧)された電圧が出力される。
When longitudinal vibration is excited, mechanical distortion occurs in the X-axis direction (polarization direction) in the
なお、入力側第1外部電極11及び入力側第2外部電極12は、入力領域10Aにおける振動変位が最も小さい第1ノード点P1と一致する位置に設けられている。また、出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14は、出力領域10Bにおける振動変位が最も小さい第2ノード点P2と一致する位置に設けられている。圧電トランス1を実装する場合、振動変位が最も小さい位置(ノード点P1,P2)で圧電トランス1を支持及び配線することで、圧電トランス1の振動を阻害することなく、また、実装後に圧電体10の変位により接続信頼性が低下することを防止できる。
The input-side first
図3は、圧電トランス1が基板100に実装された圧電トランスデバイス1Aを示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a
圧電トランスデバイス1Aは、基板100に圧電トランス1が実装されてなる。基板100には、実装電極101,102,103,104が設けられている。実装電極101,102は、不図示の交流電圧を出力する出力回路等に接続される。実装電極103,104は、電圧を整流平滑する出力側整流平滑回路等に接続される。
The
入力側第1外部電極11、入力側第2外部電極12、出力側第1外部電極13及び出力側第2外部電極14はそれぞれ、実装電極101,102,103,104にはんだ付けされる。このとき、各電極11,12,13,14は、図3で説明した、ノード点P1,P2にてはんだ付けされる。ノード点P1,P2ではんだ付けすることで、基板100へ圧電トランス1を実装しても、圧電体10の振動を阻害することがない。
The input side first
実装電極101は、本発明に係る「第1実装電極」に相当し、実装電極102は、本発明に係る「第2実装電極」に相当する。また、実装電極103は、本発明に係る「第3実装電極」に相当し、実装電極104は、本発明に係る「第4実装電極」に相当する。
The mounting
(実施形態2)
実施形態2に係る圧電トランス2は、圧電体10の入力領域10Aに設けられた内部電極の形状が、実施形態1と相違する。以下、その相違点について説明する。
(Embodiment 2)
The
図4(A)は、実施形態2に係る圧電トランス2の平面図、図4(B)は斜視図である。図5(A)は、図4(A)のVA−VA線の断面図、図5(B)は、図4(A)のVB−VB線の断面図、図5(C)は、図4(A)のVC−VC線の断面図、図5(D)は、図4(A)のVD−VD線の断面図である。なお、図4(A)及び図4(B)は、圧電体10の内部を透視した図である。
4A is a plan view of the
入力領域10Aの第1面S1には、入力側第1外部電極21と、入力側第2外部電極22と、出力側第1外部電極23と、出力側第2外部電極24とが設けられている。入力側第1外部電極21、入力側第2外部電極22、出力側第1外部電極23及び出力側第2外部電極24は、短辺及び長辺からなる主面を有する矩形状である。そして、各電極21,22,23,24は、長辺がX軸方向、短辺がY軸方向に一致するように、圧電体10の第1面S1に設けられている。
An input-side first
各電極21,22,23,24の配置は、実施形態1に係る電極11,12,13,14と同じである。これにより、入力側第1外部電極21及び入力側第2外部電極22と、出力側第1外部電極23及び出力側第2外部電極24とを離間させやすく、電極間の絶縁を保つことができる。また、外部電極を圧電体10の同一面に形成することで、圧電トランス2を基板(不図示)に実装し易くなる。
The arrangement of the
入力領域10Aには、複数の入力側第1内部電極211と,複数の入力側第2内部電極221とが設けられている。入力側第1内部電極211は、図5(A)に示すように、圧電体10の断面形状と略同形状の主面を有し、入力側第1外部電極21と導通している。すなわち、入力側第1外部電極21及び入力側第1内部電極211は同電位の電極を形成する。また、入力側第2外部電極22と入力側第1内部電極211との間には圧電体10の誘電よりも低い誘電率の絶縁膜(例えば、ガラス部材)25が設けられている。入力側第2内部電極221は、図5(B)に示すように、圧電体10の断面形状と略同形状の主面を有し、入力側第2外部電極22と導通している。すなわち、入力側第2外部電極22及び入力側第2内部電極221は同電位の電極を形成する。また、入力側第1外部電極21と入力側第2内部電極221との間には絶縁膜(例えば、ガラス部材)26が設けられている。
A plurality of input side first
入力側第1内部電極211と入力側第2内部電極221とは、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
The input-side first
出力領域10Bには、複数の出力側第1内部電極231と,複数の出力側第2内部電極241とが設けられている。出力側第1内部電極231は、図5(C)に示すように、円形状の主面を有し、出力側第1外部電極23と導通している。すなわち、出力側第1外部電極23及び出力側第1内部電極231は同電位の電極を形成する。出力側第2内部電極241は、図5(D)に示すように、円形状の主面を有し、出力側第2外部電極24と導通している。すなわち、出力側第2外部電極24及び出力側第2内部電極241で同電位の電極を形成する。なお、出力側第1内部電極231の円形状の主面と出力側第2内部電極241の円形状の主面とは、略同じ大きさである。
In the
入力側第1内部電極131と、入力側第2内部電極141とは、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
The input-side first
本実施形態では、高圧側の入力領域10Aに設ける内部電極211,221の主面を、圧電体10の断面形状と略同形状とし、低圧側の出力領域10Bに設ける内部電極231,241の主面を、円形状としている。これにより、入力領域10A及び出力領域10Bそれぞれのセラミック素体にクラックが入り難くなる。以下、その理由について説明する。
In the present embodiment, the main surfaces of the
図6は、圧電体にクラックが入る理由を説明するための図である。図6の白抜き矢印は、圧電体の伸縮方向を示し、黒矢印は電界方向を示す。また、図6は、一般的な圧電トランスの入力領域又は出力領域の構造を示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining the reason why cracks occur in the piezoelectric body. The white arrow in FIG. 6 indicates the expansion / contraction direction of the piezoelectric body, and the black arrow indicates the electric field direction. FIG. 6 shows the structure of the input area or output area of a general piezoelectric transformer.
圧電トランスの圧電体内には、複数の平板状の内部電極107,108が交互に配列されている。複数の内部電極107は共通の電極106Aに接続され、複数の内部電極108は共通の電極106Bに接続されている。この構成が、例えば入力領域である場合、共通の電極106A,106Bの間に電圧が印加されると、内部電極107,108の間に電界が生じる。その結果、図6に示す圧電体の領域Aは、白抜き矢印に示すように、逆圧電効果により分極方向に伸びる。
A plurality of plate-like
また、内部電極107と電極106Bとの間の領域B,D、及び、内部電極108と電極106Aとの間の領域Cにも電界が生じる。その結果、圧電体の領域B,C,Dは、白抜き矢印に示すように、逆圧電効果により分極方向に縮む。このように、領域Aと、領域B,C,Dとで反対方向に伸縮するため、圧電体にクラックが生じやすい。なお、図6の構成が出力領域である場合も同様である。
An electric field is also generated in the regions B and D between the
ここで、本実施形態に係る圧電トランス1の出力領域10Bは低圧側である。このため、出力領域10Bに設けられた内部電極231,241の電極間の距離は短い。すなわち、図6に示す領域Aでの電極107,108間の距離は短い。電極107,108間の距離が短いため、領域B,C,Dの電極間の距離を短くしても、領域B,C,Dの電極間に電界が集中しにくい。
Here, the
内部電極231,241の主面は円形状であるため、出力側第1内部電極231と出力側第2外部電極24との距離(図5(C)参照)、及び、出力側第2内部電極241と出力側第1外部電極23との距離(図5(D)参照)は、電極107,108間の距離に比べて長い。前記のように、低圧側では領域B,C,Dの電極間の距離は短くしても圧電体にクラックが生じることがなく、内部電極231,241の主面を電界分布が局所的に集中しにくい円形状とすることができる。
Since the main surfaces of the
圧電トランス1の入力領域10Aは高圧側である。このため、入力領域10Aに設けられた内部電極211,221の電極間の距離は長い。すなわち、図6に示す領域Aでの電極107,108の距離は長い。電極107,108間の距離が長いと電界強度が低くなるため、領域B,C,Dに電界が集中するおそれがある。そのため、領域B,C,Dの電極間の距離を長くする必要があるが、領域B,C,Dの電極間の距離を長くすると、電極107,108の対向面積が小さくなり過ぎる。このため、圧電トランス1の高圧側である入力領域10Aでは、内部電極211,221の主面を圧電体10の断面と略同じにし、入力側第2外部電極22と入力側第1内部電極211、221との間には圧電体10の誘電よりも低い誘電率の絶縁膜(例えば、ガラス部材)25,26を設けている。低誘電率の絶縁膜25,26を設けることで、入力側第2外部電極22と入力側第1内部電極211,221との間に電界が集中することを抑えることができる。その結果、領域B,C,Dでクラックが生じることを抑制できる。これにより、素子強度に優れた圧電トランス2を実現できる。
The
(実施形態3)
図7は、実施形態3に係る圧電トランス3の斜視図である。図7は、圧電体30の内部を透視した図である。本実施形態に係る圧電トランス3は、実施形態2に係る圧電トランス2を対称に設けて形成してなる。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a perspective view of the
実施形態3に係る圧電トランス3は、(4λ/2)共振モードで長さ方向(以下、X軸方向とする)に振動するものとする。ここで、λはX軸方向の振動の1波長である。従って、圧電トランス3が備える圧電体30のX軸方向の長さは(4λ/2)としている。
The
圧電体30には、1次側の入力領域30A,30C及び2次側の出力領域30B,30Dが形成されている。詳しくは、圧電体30のX軸方向に沿って、出力領域30B、入力領域30A、入力領域30C、出力領域30Dの順に配列されている。本実施形態に係る圧電トランス3は、入力領域30A,30Cから交流電圧が入力され、その電圧を変圧して、出力領域30B,30Dから出力する。すなわち、入力領域30A,30Cは1次側、出力領域30B,30Dは2次側となる。入力領域30A,30C及び出力領域30B,30Dは、それぞれX軸方向に分極されている。なお、分極方向は、同方向であってもよいし、逆方向であってもよい。
The
入力領域30Aは、本発明に係る「第1の1次側部」に相当する。出力領域30Bは、本発明に係る「第1の2次側部」に相当する。入力領域30Cは、本発明に係る「第2の1次側部」に相当する。出力領域30Dは、本発明に係る「第2の2次側部」に相当する。
The
圧電体30の入力領域30AにおけるX−Y軸方向に沿った第1面には、入力側第1外部電極31及び入力側第2外部電極32が形成されている。出力領域30Bの第1面には、出力側第1外部電極33及び出力側第2外部電極34が形成されている。入力領域30Cの第1面には、入力側第3外部電極35及び入力側第4外部電極36が形成されている。出力領域30Dの第1面には、出力側第3外部電極37及び出力側第4外部電極38が形成されている。
An input side first
各外部電極31〜38は、長辺及び短辺からなる主面を有する矩形状である。各電極31〜38は、長辺がX軸方向、短辺がY軸方向と一致するように、圧電体30の第1面に設けられている。詳しくは、外部電極33,31,35,37は、圧電体30の第1面の一の長辺に沿って設けられている。外部電極34,32,36,38は、圧電体30の第1面の他の長辺に沿って設けられている。また、外部電極33,34同士、外部電極31,32同士、外部電極35,36同士、外部電極37,38同士それぞれは、Y軸方向に沿って対向している。
Each of the
前記のように各電極を配置することで、1次側の外部電極31,32,35,36と、2次側の外部電極33,34,37,38とを離間させやすく、電極間の絶縁を保つことができる。また、外部電極31〜38を圧電体30の同一面に形成することで、圧電トランス3を基板(不図示)に実装し易くなる。
By arranging the electrodes as described above, the primary-side
また、前記のように配置された各電極は、実施形態1と同様、圧電体30の振動変位が最も小さいノード点と一致する位置に設けられている。そして、圧電トランス3を実装する場合、振動変位が最も小さい位置(ノード点)で圧電トランス3を支持及び配線することで、圧電トランス3の振動を阻害することなく、また、実装後に圧電体30の変位により接続信頼性が低下することを防止できる。
In addition, each electrode arranged as described above is provided at a position corresponding to the node point where the vibration displacement of the
入力側第1外部電極31は、本発明に係る「第1外部電極」に相当し、入力側第2外部電極32は、本発明に係る「第2外部電極」に相当する。出力側第1外部電極33は、本発明に係る「第3外部電極」に相当し、出力側第2外部電極34は、本発明に係る「第4外部電極」に相当する。入力側第3外部電極35は、本発明に係る「第5外部電極」に相当する。入力側第4外部電極36は、本発明に係る「第6外部電極」に相当する。出力側第3外部電極37は、本発明に係る「第7外部電極」に相当する。出力側第4外部電極38は、本発明に係る「第8外部電極」に相当する。
The input-side first
入力領域30Aには、複数の入力側第1内部電極311と,複数の入力側第2内部電極321とが設けられている。入力側第1内部電極311は入力側第1外部電極31と導通し、入力側第2外部電極32とは絶縁膜32Aにより絶縁されている。入力側第2内部電極321は入力側第2外部電極32と導通し、入力側第1外部電極31とは絶縁膜31Aにより絶縁されている。入力側第1内部電極311及び入力側第2内部電極321は、実施形態2に係る圧電トランス2の入力側第1内部電極211及び入力側第2内部電極221と同形状である。そして、入力側第1内部電極311及び入力側第2内部電極321は、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
A plurality of input side first
出力領域30Bには、複数の出力側第1内部電極331と,複数の出力側第2内部電極341とが設けられている。出力側第1内部電極331は出力側第1外部電極33と導通し、出力側第2内部電極341は出力側第2外部電極34と導通している。出力側第1内部電極331及び出力側第2内部電極341は、実施形態2に係る圧電トランス2の出力側第1内部電極331及び出力側第2内部電極341と同形状である。そして、出力側第1内部電極331及び出力側第2内部電極341は、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
In the
入力領域30Cには、複数の入力側第3内部電極351と,複数の入力側第4内部電極361とが設けられている。入力側第3内部電極351は入力側第3外部電極35と導通し、入力側第4外部電極36とは絶縁膜36Aにより絶縁されている。入力側第4内部電極361は入力側第4外部電極36と導通し、入力側第3外部電極35とは絶縁膜35Aにより絶縁されている。入力側第3内部電極351及び入力側第4内部電極361は、入力側第1内部電極311及び入力側第2内部電極321と同形状である。そして、入力側第3内部電極351及び入力側第4内部電極361は、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
A plurality of input side third
出力領域30Dには、複数の出力側第3内部電極371と,複数の出力側第4内部電極381とが設けられている。出力側第3内部電極371は出力側第3外部電極37と導通し、出力側第4内部電極381は出力側第4外部電極38と導通している。出力側第3内部電極371及び出力側第4内部電極381は、出力側第1内部電極331及び出力側第2内部電極341と同形状である。そして、出力側第3内部電極371及び出力側第4内部電極381は、主面の法線方向がX軸方向となるように、X軸方向に沿って交互に設けられている。
In the
入力側第1内部電極311は、本発明に係る「第1内部電極」に相当する。入力側第2内部電極321は、本発明に係る「第2内部電極」に相当する。出力側第1内部電極331は、本発明に係る「第3内部電極」に相当する。出力側第2内部電極341は、本発明に係る「第4内部電極」に相当する。入力側第3内部電極351は、本発明に係る「第5内部電極」に相当する。入力側第4内部電極361は、本発明に係る「第6内部電極」に相当する。出力側第3内部電極371は、本発明に係る「第7内部電極」に相当する。出力側第4内部電極381は、本発明に係る「第8内部電極」に相当する。
The input-side first
この圧電トランス3は、入力側第1外部電極31及び入力側第2外部電極32と、入力側第3外部電極35及び入力側第4外部電極36とに交流電圧を印加すると、出力側第1外部電極33及び出力側第2外部電極34と、出力側第3外部電極37及び出力側第4外部電極38とから変圧(降圧)された電圧が出力される。
When an AC voltage is applied to the input-side first
このように、本実施形態に係る圧電トランス3は、圧電体30の中央部を中心に振動が左右対称となるように構成されている。そして、入力領域30A,30Cを内側に配置することで、入力領域30A,30Cの振動エネルギーを効率よく出力領域30B,30Dに伝えることができる。その結果、圧電トランス3は効率のよい変圧が可能となる。
As described above, the
1,2,3…圧電トランス
1A…圧電トランスデバイス
10,30…圧電体
10A,30A,30C…入力領域
10B,30B,30D…出力領域
11,21,31…入力側第1外部電極
12,22,32…入力側第2外部電極
13,23,33…出力側第1外部電極
14,24,34…出力側第2外部電極
35…入力側第3外部電極
36…入力側第4外部電極
37…出力側第3外部電極
38…出力側第4外部電極
25,26,31A,32A,35A,36A…絶縁膜
100…基板
101,102,103,104…実装電極
106A,106B…共通の電極
107,108…内部電極
111,211,311…入力側第1内部電極
121,221,321…入力側第2内部電極
131,231,331…出力側第1内部電極
141,241,341…出力側第2内部電極
351…入力側第3内部電極
361…入力側第4内部電極
371…出力側第3内部電極
381…出力側第4内部電極
P1…第1ノード点
P2…第2ノード点
S1…第1面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
矩形状の第1面を有する前記圧電体と、
前記圧電体内に設けられ、前記第1外部電極に接続する複数の第1内部電極と、
前記圧電体内に設けられ、前記第2外部電極に接続する複数の第2内部電極と、
前記圧電体内に設けられ、前記第3外部電極に接続する複数の第3内部電極と、
前記圧電体内に設けられ、前記第4外部電極に接続する複数の第4内部電極と、
を備え、
前記第1外部電極、前記第2外部電極、前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、互いに絶縁されて前記圧電体の前記第1面に設けられ、
前記第1外部電極及び前記第2外部電極は、前記圧電体の前記第1面の一辺方向に沿って配列され、
前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に沿って配列されて、
前記第1外部電極及び前記第3外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列され、
前記第2外部電極及び前記第4外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列される、
圧電トランス。 Of the first external electrode, the second external electrode, the third external electrode, and the fourth external electrode provided in the piezoelectric body, the first external electrode and the second external electrode, or the third external electrode and the third external electrode. In the piezoelectric transformer in which the voltage is excited on the other by applying a voltage to one of the four external electrodes,
The piezoelectric body having a rectangular first surface;
A plurality of first internal electrodes provided in the piezoelectric body and connected to the first external electrodes;
A plurality of second internal electrodes provided in the piezoelectric body and connected to the second external electrodes;
A plurality of third internal electrodes provided in the piezoelectric body and connected to the third external electrodes;
A plurality of fourth internal electrodes provided in the piezoelectric body and connected to the fourth external electrodes;
With
The first external electrode, the second external electrode, the third external electrode and the fourth external electrode are insulated from each other and provided on the first surface of the piezoelectric body;
The first external electrode and the second external electrode are arranged along one side direction of the first surface of the piezoelectric body,
The third external electrode and the fourth external electrode are arranged along the one side direction of the first surface of the piezoelectric body,
The first external electrode and the third external electrode are arranged along a direction orthogonal to the one side direction of the first surface of the piezoelectric body,
The second external electrode and the fourth external electrode are arranged along a direction orthogonal to the one side direction of the first surface of the piezoelectric body.
Piezoelectric transformer.
請求項1に記載の圧電トランス。 The first internal electrode, the second internal electrode, the third internal electrode, and the fourth internal electrode are planar electrodes, and the normal directions of the principal surfaces of the planar electrodes coincide with each other.
The piezoelectric transformer according to claim 1.
請求項2に記載の圧電トランス。 The piezoelectric body has a rectangular parallelepiped shape having a long side in the normal direction of the main surface.
The piezoelectric transformer according to claim 2.
前記第3外部電極及び前記第4外部電極は低電圧側電極であり、
前記第1内部電極及び前記第2内部電極は、前記圧電体の前記長辺に直交する断面と同形状の主面を有する面状電極であり、
前記第3内部電極及び前記第4内部電極は、円形状の主面を有する面状電極である、
請求項3に記載の圧電トランス。 The first external electrode and the second external electrode are high-voltage side electrodes,
The third external electrode and the fourth external electrode are low-voltage side electrodes,
The first internal electrode and the second internal electrode are planar electrodes having a main surface having the same shape as a cross section orthogonal to the long side of the piezoelectric body,
The third internal electrode and the fourth internal electrode are planar electrodes having a circular main surface,
The piezoelectric transformer according to claim 3.
前記第3外部電極と前記第4外部電極とは2次側電極対である、
請求項1から4のいずれかに記載の圧電トランス。 The first external electrode and the second external electrode are a primary electrode pair,
The third external electrode and the fourth external electrode are secondary electrode pairs.
The piezoelectric transformer according to any one of claims 1 to 4.
前記第1内部電極、前記第2内部電極、前記第1外部電極及び前記第2外部電極は、前記圧電体の前記第1の1次側部に設けられ、
前記第3内部電極、前記第4内部電極、前記第3外部電極及び前記第4外部電極は、前記圧電体の前記第1の2次側部に設けられ、
前記圧電体の前記第2の1次側部に位置する前記第1面に設けられた第5外部電極及び第6外部電極と、
前記圧電体の前記第2の2次側部に位置する前記第1面に設けられた第7外部電極及び第8外部電極と、
前記圧電体の前記第2の1次側部に設けられ、前記第5外部電極に接続する複数の第5内部電極と、
前記圧電体の前記第2の1次側部に設けられ、前記第6外部電極に接続する複数の第6内部電極と、
前記圧電体の前記第2の2次側部に設けられ、前記第7外部電極に接続する複数の第7内部電極と、
前記圧電体の前記第2の2次側部に設けられ、前記第8外部電極に接続する複数の第8内部電極と、
をさらに備え、
前記第5外部電極及び前記第6外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に沿って配列され、
前記第7外部電極及び前記第8外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に沿って配列されて、
前記第5外部電極及び前記第7外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列され、
前記第6外部電極及び前記第8外部電極は、前記圧電体の前記第1面の前記一辺方向に直交する方向に沿って配列されている、
請求項5に記載の圧電トランス。 The piezoelectric body includes a first secondary side, a first primary side, a second primary side, and a second secondary arranged in a direction along the one side direction of the first surface. Have sides,
The first internal electrode, the second internal electrode, the first external electrode, and the second external electrode are provided on the first primary side portion of the piezoelectric body,
The third internal electrode, the fourth internal electrode, the third external electrode, and the fourth external electrode are provided on the first secondary side portion of the piezoelectric body,
A fifth external electrode and a sixth external electrode provided on the first surface located on the second primary side of the piezoelectric body;
A seventh external electrode and an eighth external electrode provided on the first surface located on the second secondary side of the piezoelectric body;
A plurality of fifth internal electrodes provided on the second primary side portion of the piezoelectric body and connected to the fifth external electrodes;
A plurality of sixth internal electrodes provided on the second primary side of the piezoelectric body and connected to the sixth external electrode;
A plurality of seventh internal electrodes provided on the second secondary side portion of the piezoelectric body and connected to the seventh external electrodes;
A plurality of eighth internal electrodes provided on the second secondary side of the piezoelectric body and connected to the eighth external electrode;
Further comprising
The fifth external electrode and the sixth external electrode are arranged along the one side direction of the first surface of the piezoelectric body,
The seventh external electrode and the eighth external electrode are arranged along the one side direction of the first surface of the piezoelectric body,
The fifth external electrode and the seventh external electrode are arranged along a direction orthogonal to the one side direction of the first surface of the piezoelectric body,
The sixth external electrode and the eighth external electrode are arranged along a direction orthogonal to the one side direction of the first surface of the piezoelectric body.
The piezoelectric transformer according to claim 5.
前記圧電体は、前記第1面に沿った方向を厚みとする厚み縦振動モードで振動し、
前記圧電体が実装される基板、
をさらに備え、
前記基板は、
前記第1外部電極が実装される第1実装電極と、
前記第2外部電極が実装される第2実装電極と、
前記第3外部電極が実装される第3実装電極と、
前記第4外部電極が実装される第4実装電極と、
を有し、
前記第1実装電極、前記第2実装電極、前記第3実装電極及び前記第4実装電極のそれぞれの一部は、
実装された前記圧電体が振動する際のノード点と一致する、
圧電トランスデバイス。 A piezoelectric transformer according to any one of claims 1 to 6;
The piezoelectric body vibrates in a thickness longitudinal vibration mode having a thickness along a direction along the first surface,
A substrate on which the piezoelectric body is mounted;
Further comprising
The substrate is
A first mounting electrode on which the first external electrode is mounted;
A second mounting electrode on which the second external electrode is mounted;
A third mounting electrode on which the third external electrode is mounted;
A fourth mounting electrode on which the fourth external electrode is mounted;
Have
A part of each of the first mounting electrode, the second mounting electrode, the third mounting electrode, and the fourth mounting electrode is:
Coincides with the node point when the mounted piezoelectric body vibrates,
Piezoelectric transformer device.
前記第3実装電極及び前記第4実装電極は、第2ノード点と一致する位置に形成されている、
請求項7に記載の圧電トランスデバイス。 The first mounting electrode and the second mounting electrode are formed at positions that coincide with the first node point,
The third mounting electrode and the fourth mounting electrode are formed at positions that coincide with the second node point.
The piezoelectric transformer device according to claim 7.
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