JP2508575C - - Google Patents

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JP2508575C
JP2508575C JP2508575C JP 2508575 C JP2508575 C JP 2508575C JP 2508575 C JP2508575 C JP 2508575C
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ceramic transformer
piezoelectric
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は、各種の高電圧発生用電源回路で動作可能な圧電トランス、特に小型
化、高信頼度が要求される小型・薄型でかつ高電圧を発生する圧電トランスに関
する。 【0002】 【従来の技術】 従来、テレビジョンの偏向装置や複写機の帯電装置など高電圧を必要とする装 置内の電源回路では高電圧発生用の変圧素子として巻線型の電磁トランスが用い
られてきた。この電磁トランスは磁性体のコアに導線を巻き付ける構造になって
おり、高い変成比を実現するためには巻き付ける導線の数を多くする必要がある
。そのため、小型・薄型の電磁トランスを実現するのは非常に困難であった。 【0003】 これに対し、圧電効果を用いた圧電トランスが提案されている。図7に従来の
代表的な圧電トランスであるローゼン型圧電トランスの構造を示す。以下、図面
に沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に電極が設けられた圧電板にお
いて、71で示す部分は圧電トランスの低インピーダンスの駆動部であり、その
上下面に電極73、74が設けられており、この部分は図中矢印で示すように厚
み方向に分極されている。また、同様に72で示す部分は高インピーダンスの発
電部分であり、その端面に電極75が設けられており、発電部72は図中矢印で
示すように圧電板の長さ方向に分極されている。この圧電トランスの動作は以下
の通りである。外部端子76、77から駆動電極73、74に電圧が印加される
と、駆動部71では分極方向に電界が加わり分極とは垂直方向に変位する圧電効
果(以後、圧電横効果31モードと略す)で長さ方向の縦振動が励振され、トラ
ンス全体が振動する。さらに発電部72では、分極方向に機械的歪が生じ分極方
向に電位差が発生する圧電効果(以後、圧電縦効果33モードと略す)により、
出力電極75から外部端子78に入力電圧と同じ周波数の電圧が取り出される。
このとき、駆動周波数を圧電トランスの共振周波数と等しくすれば非常に高い出
力電圧が得られる。尚、高電圧を入力し、低電圧を出力させる場合には、縦効果
の高インピーダンス部分72を入力側とし、横効果の低インピーダンス部分71
を出力側にすれば良いことは明かである。 【0004】 この圧電トランスは共振状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて(1)
巻線構造が不用でエネルギー密度も高いため小型化・薄型化が図れること、(2
)不燃化が図れること、(3)電磁誘導によるノイズがでないこと、等数多くの
長所を有している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】 従来のローゼン型圧電トランスでは、発電部の電極が振動の腹に位置するため
、外部端子の接続が振動に悪影響を与えたり信頼性が大きく低下する等の短所が
あった。また、圧電トランスのインピーダンスに比べて極端に大きな負荷抵抗の
場合では比較的高い出力電圧が得られるが、負荷抵抗の値がさほど大きくない場
合にはそれほど高い出力電圧が得られないという欠点があった。 【0006】 【課題を解決するための手段】 本発明は、長板構造の圧電磁器トランスにおいて、それぞれ全体の長さの厚さ
方向に分極された圧電磁器層と内部電極をそれぞれ複数層積層した構造を有する
2つの駆動部を圧電磁器トランスの両端部に配置し、さらに長さ方向の中心を含
む中央部に長さ方向に分極された発電部を配置し、かつ振動の節に当たる部分か
電気端子を取り出す構造を特徴とする圧電磁器トランスとその駆動方法である
。 【0007】 【作用】 以下、図を用いて説明する。本圧電磁器トランスの幅方向に垂直に切断した断
面図を図1(a)に示す。また、図1中a−a‘における長手方向に垂直に切断
した断面図を図1(b)に、b−b’,c−c‘における長手方向に垂直に切断
した断面図を図1(c)に示す。本圧電磁器トランスでは駆動部11を長さ方向
の両端に配置し、中央部に発電部12を配置した構造となっている。駆動部では
、厚さ方向に分極した圧電磁器層111を、分極方向が互い違いになるように内
部電極112を挟みながら配置し、その内部電極は1枚おきに表面の外部電極1
13、114(115、116)と接続されている。尚、ここでは圧電磁器層1
11を奇数である5層としたため、図1(b)において外部電極113が上と左
、114が下と右に配置されているが、圧電磁器層111の数が偶数の場合はど
ちらかの外部電極が1つの側面と2つの主面、もう一方の外部電極は残りの1つ
の側面だけに配置される。 【0008】 一方、発電部の圧電磁器121は長さ方向に分極されており、その両側に比較
的細い内部電極122と表面の外部電極124が、さらに長手方向の中心には内
部電極123と外部電極125が配置されている。このとき、内部電極123を
挟んで分極方向は逆向きになっている。内部電極122と123はそれぞれ外部
電極124と125により接続されている。外部電極124は駆動部の外部電極
114、116と接続され同電位電極として機能し、一方、外部電極125から
出力端子が取り出される。 【0009】 さて、この圧電磁器トランスの駆動部11の外部電極113−114(115
−116)間に電圧を印加すると、電気機械結合係数k31を介して圧電横効果3
1モードにより長さ方向の縦振動が発生する。その縦振動は出力部12に伝わり
電気機械結合係数k33を介して圧電縦効果33モードにより電圧が発生し、外部
電極125から取り出される。このとき、印加される電圧の周波数が圧電磁器ト
ランスの長さ縦振動の共振周波数と等しければかなり高い出力電圧が得られる。 【0010】 続いて本圧電磁器トランスに有利な外部端子の取り出し方について説明する。
図2に外部端子の接続方法と長さ縦振動3次モードの長さ方向の変位および応力
分布を示す。入力端子21は駆動部の外部電極115、113とそれぞれ接続点
24、25において接続されている。入出力の共通端子22は外部電極116、
114と接続点26、27において接続されている。また、出力端子23は、発
電部の外部電極125と接続点28で接続されている。 【0011】 さて、長さ縦振動3次モードは縦振動の3/2波長が圧電磁器トランス全体の
長さに等しい振動モードで、図2の変位分布に示したように3カ所の振動の節A
,B,Cが存在する。このうち、節Aと節Cは両端から1/4波長内側に入った
所で、節Bは圧電磁器トランス全体の中心である。ここで節の位置と接続点を比
較した場合、接続点24と26を節Aに、接続点25と27を節Cに、接続点2
8 を節Bに配置させることが可能である。このように本発明の構造の圧電磁器トラ
ンスでは、全ての電気端子を振動の節から取り出すことが可能であるため、良好
な振動特性と高い信頼性を実現できる。 【0012】 本圧電磁器トランスの共振周波数近傍の集中定数近似等価回路は、他の圧電ト
ランスと同様に図3で示される。図3においてCd1,Cd2はそれぞれ入力側,
出力側の制動容量,A1,A2は入出力の力係数,m,c,rmは長さ縦振動3次
モードに関する等価質量、等価コンプライアンス、等価機械抵抗である。本発明
の圧電磁器トランスの入出力の力係数A1,A2は、次式で表される。 【0013】 【数1】 【0014】 【数2】 【0015】 ここに、w:幅、t:全体の厚さ、l2:出力部の半分の長さ、ε:誘電率、
s:弾性コンプライアンス、k:電気機械結合係数図3の等価回路から明らかな
ように、一般に圧電トランスの出力電圧Voutは、接続される負荷の抵抗値によ
って変化し、負荷抵抗の値が大きいほどVoutの値も大きくなる。ところが、高
電圧かつ高電力の用途では負荷の抵抗値はさほど高くなく、出力電圧Voutは出
力端解放時よりも数分の1以下とかなり低くなってしまう傾向があった。それに
対し本発明の圧電磁器トランスでは、駆動部をn層の圧電磁器層で構成している
ため、式(1)で示される力係数A1は積層数nに比例して大きくなる。そのた
め、積層していない構造の圧電トランスに比べて約n倍の出力電圧を得ることが
でき、比較的低い負荷抵抗に対しても十分高い電圧を供給できる。 【0016】 また、本発明の圧電磁器トランスでは、図1に示したように発電部に内部電極
122、123を配置しているので、外部電極124、125だけの場合に比べ
て、分極処理の際の発電部12内の電気力線の歪みが少なくほぼ長さ方向に平行
となる。そのため発電部の圧電磁器の分極は長さ方向に揃い電気機械結合係数k
33を材料の限界近くまで高めることができる。 【0017】 【実施例】 (実施例1)本発明に基づく圧電磁器トランスの実施例として図1に示した構
成の圧電磁器トランスをグリーンシート法により作製した。圧電磁器の材料には
PZT(PbZrO3−PbTiO3)系圧電磁器を用いた。また、内部電極は1
12、122、123はPtペーストを圧電材料のグリーンシート上にスクリー
ン印刷し、圧電材料と共に一体焼成することにより形成した。ここでは圧電磁器
と内部電極の材料としてPZT系圧電磁器およびPtを用いたが、圧電性を有す
る圧電磁器材料およびそれと一体焼成可能である電極材料であれば他の組合せで
も動作することは言うまでもない。駆動部および発電部の電極部とも圧電磁器層
5層、内部電極4層の構造で各圧電磁器層の厚さは0.2mmとし全体の厚さを
1mmとした。焼成後、長さ30mm、幅5mmの寸法に切断し、Agペースト
を塗布、焼成することにより外部電極113、114、115、116、124
、125、126を形成した。これらの外部電極は、塗布・焼成以外の方法、例
えば蒸着法はスパッタ法を用いてAg以外の導電性材料の薄膜を形成しても一向
に構わない。その後、100℃の絶縁油中において4kV/mmの電圧を印加す
る分極処理を施した。さらに、図2で示したように導線をハンダを用いて接続し
た。このとき、駆動部の接続点24、25、26、27は圧電磁器トランスの両
端から5mm内側の位置とした。 【0018】 この圧電磁器トランスの長さ縦振動3次モードの共振周波数はアドミタンスの
周波数特性から153kHzと測定された。この圧電磁器トランスに高電圧用途
としては比較的低抵抗である200kΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧 10Vに対して650Vの出力電圧が得られ、このときの出力電力は2.1Wで
あった。 【0019】 また、この実施例による圧電磁器トランス100個を連続2000時間駆動し
たが、外部電極の剥離や特性の異常が認められた試料は1個も無かった。 【0020】 尚、この圧電磁器トランスは図4に示す様に4端子の変圧素子として使用する
ことも可能である。すなわち、発電部の外側の外部電極124、126に接続点
42、43を介して出力端子41を設ければよい。接続点42、43が長さ縦振
動3次モードの節ではないが、このような端子構造とすることで入力端子21、
22と出力端子23、41が直流的には完全に絶縁される。したがって、電源回
路に使用する際に回路設計上の自由度が増す。 【0021】 (実施例2)続いて上下の主面に外部電極の存在しない圧電磁器トランスを作
製した。構造を図5に示す。図5(a)は幅方向に垂直に切断した断面図、(b
)(c)はそれぞれa−a‘,b−b’で切断した断面図である。この圧電磁器
トランスの駆動部51は、3層の圧電磁器層511と4層の内部電極512の上
下に圧電磁器の不活性層513が配置されている。内部電極512は図5(b)
に示した様に側面に配置された外部電圧52、53さらに外部端子56、57に
接続されている。この接続点の位置は振動の節に置くのが望ましい。一方発電部
では、図5(c)に示すように内部電極523は側面の外部電極54、55を介
して出力端子58に接続される。この場合外部端子の55は必ずしも必要ではな
い。また、内部電極522も同様に側面の外部電極で接続されるが、この外部電
極は駆動部の外部電極52、53のいずれかに接続される。この圧電磁器トラン
スの動作原理等は先の実施例と同じである。活性層の割合が減る分扱えるパワー
は減少するが、上下の主面に電極を配置していないので振動の節であれば上下か
ら金属などの導体で挟む様な支持が可能となる。実際に作製した圧電磁器トラン
スに200kΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧10Vの時に、出力電圧
51 0Vすなわち出力電力1.3Wが得られた。 【0022】 (実施例3)さらに、発電部には内部電極を有しない圧電磁器トランスを作製
した。その幅方向に垂直な断面図を図6に示す。駆動部61は実施例1と全く同
じ構造であるが、発電部は長さ方向に分極された圧電磁器621と外部電極62
2のみで構成されている。3個の外部端子は外部電極613、614、622に
接続される。尚、外部端子を4端子としたい場合には発電部の比較的外側に外部
電極(図1の124に相当)を設ければよい。この実施例では発電部に内部電極
がないため、分極処理の際に外部電極に電圧を印加しても電気力線が長さ方向に
完全には揃わず効率の面でやや不利であるが、圧電磁器トランスの厚さに比べて
発電部の長さが十分長い場合には効率の低下はさほど大きくない。実際に作製し
た圧電磁器トランスに330kΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧10V
の時に、出力電圧680Vすなわち出力電力1.4Wが得られた。 【0023】 【発明の効果】 以上詳述した如く、本発明に従った構成の圧電磁器トランスは、高電圧・高電
力・高信頼性の特性を持ち、かつ小型・薄型であるという点で従来の圧電トラン
スにはない長所があり、工業的価値も多大である。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の圧電磁器トランスの断面図である。 【図2】本発明の圧電磁器トランスの接続図および変位分布図である。 【図3】圧電磁器トランスの集中定数等価回路図である。 【図4】4端子構造の圧電トランスの接続図である。 【図5】上下面に電極のない実施例の断面図である。 【図6】発電部に内部電極のない実施例の断面図である。 【図7】従来のローゼン型圧電トランスの斜視図である。 【符号の説明】 11、41、51、61、71 駆動部 12、42、52、62、72 発電部 111、121、511、513、611、621 圧電磁器 112、122、123、512、522、523、612 内部電極 113、114、115、116、124、125、126、52、53、 54,55、613、614、622,73、74,75、外部電極 21、22、23、41、56、57、58、76、77、78 電気端子
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer operable with various power supply circuits for generating a high voltage, and in particular, to a small and thin piezoelectric transformer required to be small and highly reliable. And a piezoelectric transformer that generates a high voltage. 2. Description of the Related Art Conventionally, a winding type electromagnetic transformer has been used as a transformer for generating a high voltage in a power supply circuit in a device requiring a high voltage such as a deflection device of a television or a charging device of a copying machine. Have been. This electromagnetic transformer has a structure in which a conducting wire is wound around a core of a magnetic material, and it is necessary to increase the number of conducting wires to be wound in order to realize a high transformation ratio. Therefore, it has been very difficult to realize a small and thin electromagnetic transformer. On the other hand, a piezoelectric transformer using a piezoelectric effect has been proposed. FIG. 7 shows a structure of a Rosen type piezoelectric transformer which is a typical conventional piezoelectric transformer. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. When a high voltage is to be taken out, in the piezoelectric plate provided with electrodes on the surface, a portion indicated by 71 is a low impedance driving portion of the piezoelectric transformer, and electrodes 73 and 74 are provided on upper and lower surfaces thereof, and this portion is provided. It is polarized in the thickness direction as shown by the arrow in the figure. Similarly, a portion indicated by reference numeral 72 is a high-impedance power generation portion, and an electrode 75 is provided on an end face thereof. The power generation portion 72 is polarized in the length direction of the piezoelectric plate as indicated by an arrow in the drawing. . The operation of this piezoelectric transformer is as follows. When a voltage is applied to the drive electrodes 73 and 74 from the external terminals 76 and 77, an electric field is applied in the polarization direction in the drive unit 71, and the polarization is displaced in a direction perpendicular to the polarization (hereinafter, abbreviated as a piezoelectric transverse effect 31 mode). , Longitudinal vibration in the length direction is excited, and the entire transformer vibrates. Further, in the power generation section 72, a mechanical strain is generated in the polarization direction and a potential difference is generated in the polarization direction (hereinafter, abbreviated as a piezoelectric longitudinal effect 33 mode).
A voltage having the same frequency as the input voltage is extracted from the output electrode 75 to the external terminal 78.
At this time, if the drive frequency is made equal to the resonance frequency of the piezoelectric transformer, a very high output voltage can be obtained. When a high voltage is input and a low voltage is output, the high impedance portion 72 of the vertical effect is used as the input side, and the low impedance portion 71 of the horizontal effect is used.
It is clear that should be set on the output side. [0004] This piezoelectric transformer is used in a resonance state, and is (1) compared with a general electromagnetic transformer.
(2) The size and thickness can be reduced because the winding structure is unnecessary and the energy density is high.
And (3) there is no noise due to electromagnetic induction. [0005] In the conventional Rosen-type piezoelectric transformer, since the electrode of the power generation unit is located at the antinode of the vibration, the connection of the external terminal adversely affects the vibration or greatly reduces the reliability. There were disadvantages such as. In addition, a relatively high output voltage can be obtained when the load resistance is extremely large compared to the impedance of the piezoelectric transformer, but a very high output voltage cannot be obtained when the load resistance is not so large. Was. According to the present invention, in a piezoelectric ceramic transformer having a long plate structure, a plurality of piezoelectric ceramic layers and internal electrodes, each of which is polarized in the thickness direction of the entire length, are respectively laminated. Two drive units having a structure are arranged at both ends of the piezoelectric ceramic transformer, and a power generation unit polarized in the length direction is arranged at a center portion including the center in the length direction , and a portion that hits a node of vibration
A piezoelectric transducer and a driving method thereof, wherein a structure for taking out the Luo electrical terminals. The operation will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a cross-sectional view of the piezoelectric ceramic transformer cut perpendicular to the width direction. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line aa ′ in FIG. 1, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line bb ′, cc ′. Shown in c). This piezoelectric ceramic transformer has a structure in which the drive units 11 are arranged at both ends in the length direction, and the power generation unit 12 is arranged at the center. In the driving unit, the piezoelectric ceramic layers 111 polarized in the thickness direction are arranged so as to sandwich the internal electrodes 112 so that the polarization directions are alternately arranged.
13, 114 (115, 116). Here, the piezoelectric ceramic layer 1
Since 11 is an odd number of five layers, the external electrodes 113 are arranged on the upper and left sides and 114 are arranged on the lower and right sides in FIG. 1B, but when the number of piezoelectric ceramic layers 111 is even, either of them is used. The external electrodes are arranged on one side and two main surfaces, and the other external electrode is arranged only on the remaining one side. On the other hand, the piezoelectric ceramic 121 of the power generation unit is polarized in the longitudinal direction, and a relatively thin internal electrode 122 and an external electrode 124 on the surface are provided on both sides thereof. An electrode 125 is provided. At this time, the polarization direction is opposite to the internal electrode 123. The internal electrodes 122 and 123 are connected by external electrodes 124 and 125, respectively. The external electrode 124 is connected to the external electrodes 114 and 116 of the driving unit and functions as the same potential electrode, while an output terminal is taken out from the external electrode 125. The external electrodes 113 to 114 (115) of the driving unit 11 of the piezoelectric ceramic transformer
-116) when a voltage is applied between the piezoelectric transverse effect 3 via the electromechanical coupling factor k 31
Longitudinal vibration in the length direction is generated by one mode. The longitudinal vibration is transmitted to the output unit 12, a voltage is generated in the piezoelectric longitudinal effect 33 mode via the electromechanical coupling coefficient k 33, and the voltage is extracted from the external electrode 125. At this time, if the frequency of the applied voltage is equal to the resonance frequency of the longitudinal vibration of the piezoelectric ceramic transformer, a considerably high output voltage can be obtained. Next, a description will be given of a method of extracting an external terminal which is advantageous for the present piezoelectric ceramic transformer.
FIG. 2 shows the connection method of the external terminals and the displacement and stress distribution in the longitudinal direction of the third mode of the longitudinal longitudinal vibration mode. The input terminal 21 is connected to the external electrodes 115 and 113 of the drive unit at connection points 24 and 25, respectively. The input / output common terminal 22 is an external electrode 116,
114 and connection points 26 and 27. The output terminal 23 is connected to the external electrode 125 of the power generation unit at a connection point 28. [0011] The third mode of longitudinal vibration is a vibration mode in which 3/2 wavelength of longitudinal vibration is equal to the entire length of the piezoelectric ceramic transformer. As shown in the displacement distribution of FIG. A
, B, and C exist. Of these, the nodes A and C are located inside the quarter wavelength from both ends, and the node B is the center of the entire piezoelectric ceramic transformer. Here, when comparing the positions of the nodes and the connection points, the connection points 24 and 26 are set to the node A, the connection points 25 and 27 are set to the node C, and the connection point 2
8 can be placed in node B. As described above, in the piezoelectric ceramic transformer having the structure of the present invention, all electric terminals can be taken out from nodes of vibration, so that good vibration characteristics and high reliability can be realized. A lumped constant approximation equivalent circuit near the resonance frequency of the piezoelectric ceramic transformer is shown in FIG. 3 like other piezoelectric transformers. In FIG. 3, Cd 1 and Cd 2 are the input side, respectively.
Damping capacity of the output side, A 1, A 2 is the force factor of the input and output, m, c, r m is the equivalent mass of the length longitudinal vibration tertiary mode, equivalent compliance is equivalent mechanical resistance. The input and output force coefficients A 1 and A 2 of the piezoelectric ceramic transformer of the present invention are represented by the following equations. ## EQU1 ## ## EQU2 ## Here, w: width, t: total thickness, l 2 : half length of the output portion, ε: dielectric constant,
s: elastic compliance, k: electromechanical coupling coefficient As is apparent from the equivalent circuit of FIG. 3, generally, the output voltage V out of the piezoelectric transformer changes depending on the resistance value of the connected load. The value of V out also increases. However, in applications of high voltage and high power, the resistance value of the load is not so high, and the output voltage Vout tends to be considerably lower than several times lower than when the output terminal is released. On the other hand, in the piezoelectric ceramic transformer according to the present invention, since the driving unit is constituted by the n piezoelectric ceramic layers, the force coefficient A 1 represented by the equation (1) increases in proportion to the number n of layers. Therefore, an output voltage that is about n times as large as that of a piezoelectric transformer having a structure not stacked can be obtained, and a sufficiently high voltage can be supplied even to a relatively low load resistance. Further, in the piezoelectric ceramic transformer of the present invention, the internal electrodes 122 and 123 are arranged in the power generation unit as shown in FIG. In this case, the lines of electric force in the power generation unit 12 have little distortion and are almost parallel to the length direction. Therefore, the polarization of the piezoelectric ceramic of the power generation unit is uniform in the length direction and the electromechanical coupling coefficient k
33 can be raised to near the limit of the material. (Example 1) As an example of a piezoelectric ceramic transformer according to the present invention, a piezoelectric ceramic transformer having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by a green sheet method. The piezoelectric ceramic material with a PZT (PbZrO 3 -PbTiO 3) based piezoelectric ceramic. The internal electrode is 1
12, 122 and 123 were formed by screen-printing a Pt paste on a green sheet of a piezoelectric material and firing it together with the piezoelectric material. Here, a PZT-based piezoelectric ceramic and Pt are used as the material of the piezoelectric ceramic and the internal electrode, but it goes without saying that other combinations can be used as long as the piezoelectric ceramic material having piezoelectricity and an electrode material that can be integrally fired therewith. . Each of the electrodes of the driving unit and the power generation unit has a structure of five piezoelectric ceramic layers and four internal electrodes. The thickness of each piezoelectric ceramic layer was 0.2 mm, and the total thickness was 1 mm. After firing, the external electrodes 113, 114, 115, 116, and 124 are cut into dimensions of 30 mm in length and 5 mm in width, coated with an Ag paste, and fired.
, 125 and 126 were formed. These external electrodes may be formed by forming a thin film of a conductive material other than Ag using a method other than coating and firing, for example, a sputtering method as a vapor deposition method. After that, a polarization treatment of applying a voltage of 4 kV / mm in insulating oil at 100 ° C. was performed. Further, as shown in FIG. 2, the conductor was connected using solder. At this time, the connection points 24, 25, 26, and 27 of the drive unit were located 5 mm inside from both ends of the piezoelectric ceramic transformer. The resonance frequency of the third longitudinal mode in the longitudinal vibration of the piezoelectric ceramic transformer was measured to be 153 kHz from the frequency characteristics of admittance. When a 200 kΩ load resistance, which is relatively low resistance for high voltage use, is connected to this piezoelectric ceramic transformer, an output voltage of 650 V is obtained for an input voltage of 10 V, and the output power at this time is 2.1 W. Was. Further, 100 piezoelectric ceramic transformers according to this embodiment were driven continuously for 2000 hours, but none of the samples showed the peeling of the external electrode or the abnormality of the characteristics. The piezoelectric ceramic transformer can be used as a four-terminal transformer element as shown in FIG. That is, the output terminal 41 may be provided on the external electrodes 124 and 126 outside the power generation unit via the connection points 42 and 43. Although the connection points 42 and 43 are not nodes of the third mode of the longitudinal longitudinal vibration mode, the input terminal 21 and the
22 and the output terminals 23 and 41 are completely insulated from the direct current. Therefore, when used in a power supply circuit, the degree of freedom in circuit design increases. Embodiment 2 Subsequently, a piezoelectric ceramic transformer having no external electrodes on the upper and lower main surfaces was manufactured. The structure is shown in FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view cut perpendicularly to the width direction, and FIG.
(C) is a sectional view taken along aa ′ and bb ′. In the driving section 51 of the piezoelectric ceramic transformer, inactive layers 513 of the piezoelectric ceramic are arranged above and below the three piezoelectric ceramic layers 511 and the four internal electrodes 512. The internal electrode 512 is shown in FIG.
As shown in the figure, external voltages 52 and 53 arranged on the side surface and external terminals 56 and 57 are connected. The location of this connection point is preferably located at the node of the vibration. On the other hand, in the power generation unit, the internal electrode 523 is connected to the output terminal 58 via the external electrodes 54 and 55 on the side as shown in FIG. In this case, the external terminal 55 is not always necessary. Similarly, the internal electrode 522 is connected by the external electrode on the side surface, and this external electrode is connected to one of the external electrodes 52 and 53 of the drive unit. The operating principle of this piezoelectric ceramic transformer is the same as that of the previous embodiment. Although the power that can be handled is reduced due to the decrease in the ratio of the active layer, the electrodes are not arranged on the upper and lower main surfaces, so that it is possible to support such that it is sandwiched by a conductor such as a metal from above and below at the node of vibration. When a load resistance of 200 kΩ was connected to the actually manufactured piezoelectric ceramic transformer, an output voltage of 510 V, that is, an output power of 1.3 W was obtained at an input voltage of 10 V. (Example 3) Further, a piezoelectric ceramic transformer having no internal electrode in the power generation unit was manufactured. FIG. 6 shows a sectional view perpendicular to the width direction. The driving unit 61 has exactly the same structure as that of the first embodiment, but the power generating unit includes a piezoelectric ceramic 621 polarized in the longitudinal direction and an external electrode 62.
2 only. The three external terminals are connected to external electrodes 613, 614, 622. When four external terminals are desired, external electrodes (corresponding to 124 in FIG. 1) may be provided relatively outside the power generation unit. In this embodiment, since there is no internal electrode in the power generation unit, even when a voltage is applied to the external electrode during the polarization process, the lines of electric force are not perfectly aligned in the length direction, which is somewhat disadvantageous in terms of efficiency. If the length of the power generation unit is sufficiently long compared to the thickness of the piezoelectric ceramic transformer, the decrease in efficiency is not so large. When a load resistor of 330 kΩ was connected to the piezoelectric ceramic transformer actually manufactured, the input voltage was 10 V
At this time, an output voltage of 680 V, that is, an output power of 1.4 W was obtained. As described above in detail, a piezoelectric ceramic transformer having a configuration according to the present invention has characteristics of high voltage, high power, high reliability, and is small and thin in the conventional art. The piezoelectric transformer has advantages that are not found in the piezoelectric transformer, and has great industrial value.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a piezoelectric ceramic transformer according to the present invention. FIG. 2 is a connection diagram and a displacement distribution diagram of the piezoelectric ceramic transformer of the present invention. FIG. 3 is a lumped constant equivalent circuit diagram of a piezoelectric ceramic transformer. FIG. 4 is a connection diagram of a piezoelectric transformer having a four-terminal structure. FIG. 5 is a sectional view of an embodiment having no electrodes on upper and lower surfaces. FIG. 6 is a cross-sectional view of an embodiment in which an internal electrode is not provided in a power generation unit. FIG. 7 is a perspective view of a conventional Rosen-type piezoelectric transformer. [Description of Signs] 11, 41, 51, 61, 71 Driving unit 12, 42, 52, 62, 72 Power generating units 111, 121, 511, 513, 611, 621 Piezoelectric ceramics 112, 122, 123, 512, 522, 523, 612 Internal electrodes 113, 114, 115, 116, 124, 125, 126, 52, 53, 54, 55, 613, 614, 622, 73, 74, 75, external electrodes 21, 22, 23, 41, 56. , 57, 58, 76, 77, 78 Electrical terminals

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 長板構造の圧電磁器トランスにおいて、厚さ方向に分極された圧電磁器層と内
部電極を交互に複数層積層した駆動部を圧電磁器トランスの両端部に配置し、さ
らに長さ方向の中心を含む中央部に長さ方向に端部から中央部の向きに分極され
た発電部を配置し、かつ振動の節に当たる部分から電気端子を取り出す構造を特
徴とする圧電磁器トランス。 【請求項2】 請求項1の圧電磁器トランスにおいて、圧電磁器トランスの長さ方向の中心部
に1層あるいは複数の内部電極を配置しその内部電極すべてに出力電気端子を接
続し、また発電部の両端にそれぞれ1層あるいは複数の内部電極を配置してそれ
を駆動部の一方の電極と接続したことを特徴とする圧電磁器トランス。 【請求項3】 請求項1、2の圧電磁器トランスにおいて、駆動部の外部電極と導線との接続
点を、圧電磁器トランスの両端から長さ縦振動3次モードの波長の4分の1だけ
内側に配置し、その圧電磁器トランスを長さ縦振動3次モードの共振周波数で駆
動することを特徴とする圧電磁器トランスの駆動方法。
Claims: 1. A piezoelectric ceramic transformer having a long plate structure, wherein a driving unit in which a plurality of piezoelectric ceramic layers polarized in a thickness direction and internal electrodes are alternately laminated is provided at both ends of the piezoelectric ceramic transformer. It is characterized by a structure in which a power generation unit polarized in the direction from the end to the center in the length direction is arranged in the center part including the center in the length direction , and the electric terminal is taken out from the part corresponding to the node of vibration. Piezoelectric ceramic transformer. 2. The piezoelectric ceramic transformer according to claim 1, wherein a single layer or a plurality of internal electrodes are arranged at a central portion in a longitudinal direction of the piezoelectric ceramic transformer, and output electric terminals are connected to all of the internal electrodes. Characterized in that a single layer or a plurality of internal electrodes are arranged at both ends of the piezoelectric element and connected to one electrode of a driving section. 3. The piezoelectric ceramic transformer according to claim 1, wherein a connection point between the external electrode of the drive unit and the conductive wire is set to a quarter of the wavelength of the longitudinal longitudinal vibration third mode from both ends of the piezoelectric ceramic transformer. A method for driving a piezoelectric ceramic transformer, wherein the piezoelectric ceramic transformer is disposed on the inner side and the piezoelectric ceramic transformer is driven at a resonance frequency of a third mode of longitudinal longitudinal vibration.

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