JP2555985B2 - 圧電磁器トランスとその駆動方法 - Google Patents
圧電磁器トランスとその駆動方法Info
- Publication number
- JP2555985B2 JP2555985B2 JP6138824A JP13882494A JP2555985B2 JP 2555985 B2 JP2555985 B2 JP 2555985B2 JP 6138824 A JP6138824 A JP 6138824A JP 13882494 A JP13882494 A JP 13882494A JP 2555985 B2 JP2555985 B2 JP 2555985B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- ceramic transformer
- transformer
- piezoelectric
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【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。
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。
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６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、１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４３，４４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２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４５が設けられており、発電部２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４６、４７から駆動電極４３，４４に電圧が印加さ
れると、駆動部１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２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４
５から外部端子４８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２を入力側とし、横
効果の低インピーダンス部分１を出力側にすれば良いこ
とは明かである。
スが提案されている。図６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、１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４３，４４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２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４５が設けられており、発電部２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４６、４７から駆動電極４３，４４に電圧が印加さ
れると、駆動部１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２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４
５から外部端子４８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２を入力側とし、横
効果の低インピーダンス部分１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。
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、発電部の電極がトランスの端面すなわち
振動の腹に位置しており、リード線等の外部電気端子も
そこから取り出さざるを得ない。その場合、リード線等
の端子及び半田等の接続部の質量が振動の腹に存在する
ため、機械的損失の増加や共振時の周波数特性の乱れを
引き起こす。機械的損失の増加は効率の低下の原因とな
り、また周波数特性の乱れにより回路内での動作が不安
定となるため実用化の大きな障害となる。
トランスでは、発電部の電極がトランスの端面すなわち
振動の腹に位置しており、リード線等の外部電気端子も
そこから取り出さざるを得ない。その場合、リード線等
の端子及び半田等の接続部の質量が振動の腹に存在する
ため、機械的損失の増加や共振時の周波数特性の乱れを
引き起こす。機械的損失の増加は効率の低下の原因とな
り、また周波数特性の乱れにより回路内での動作が不安
定となるため実用化の大きな障害となる。
【０００６】また、圧電トランスは、フィルタなど信号
処理用の圧電素子とは異なり、比較的ハイパワーでの動
作が求められており、圧電材料が持つ限界性能近くまで
大振幅で振動させる。このような圧電トランスにおいて
接続部が振動の腹に位置するということは接続部が大き
な振動を受けることを意味し、半田やボンディング等ど
のような接続方法であっても、寿命などの点で接続部の
信頼性を著しく下げる結果となる。
処理用の圧電素子とは異なり、比較的ハイパワーでの動
作が求められており、圧電材料が持つ限界性能近くまで
大振幅で振動させる。このような圧電トランスにおいて
接続部が振動の腹に位置するということは接続部が大き
な振動を受けることを意味し、半田やボンディング等ど
のような接続方法であっても、寿命などの点で接続部の
信頼性を著しく下げる結果となる。
【０００７】さらに、このローゼン型圧電トランスは図
６からも明らかなように３端子構造であり、入出力間の
電気的絶縁が取れないという問題もある。
６からも明らかなように３端子構造であり、入出力間の
電気的絶縁が取れないという問題もある。
【０００８】
【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、主面全体に配置された電極と
厚さ方向に分極された圧電磁器とからなる駆動部と、主
面上に圧電磁器トランスの長手方向に長い線状の１つあ
るいは幅方向に複数配置された電極と両側面に配置され
た電極と電極間を交互に幅方向に分極されている発電部
からなる構造を特徴とする圧電磁器トランスと、その圧
電磁器トランスを長さ方向縦振動２次モードで駆動する
事を特徴とする駆動方法である。
電磁器トランスにおいて、主面全体に配置された電極と
厚さ方向に分極された圧電磁器とからなる駆動部と、主
面上に圧電磁器トランスの長手方向に長い線状の１つあ
るいは幅方向に複数配置された電極と両側面に配置され
た電極と電極間を交互に幅方向に分極されている発電部
からなる構造を特徴とする圧電磁器トランスと、その圧
電磁器トランスを長さ方向縦振動２次モードで駆動する
事を特徴とする駆動方法である。
【０００９】また本願の第二の発明は、長板構造の圧電
磁器トランスにおいて、圧電磁器トランス全体の長さの
１／３で主面上全体に電極を配置し厚さ方向に分極され
た圧電磁器からなる駆動部と、圧電磁器トランスの長さ
方向の中央部およびと端部から１／６に位置する電極に
挟まれ、長さ方向に逆向きに分極した２つの領域からな
る出力部を有することを特徴とする圧電磁器トランス
と、該圧電磁器トランスを、長さ方向縦振動３次モード
で駆動する事を特徴とする圧電磁器トランスの駆動方法
である。
磁器トランスにおいて、圧電磁器トランス全体の長さの
１／３で主面上全体に電極を配置し厚さ方向に分極され
た圧電磁器からなる駆動部と、圧電磁器トランスの長さ
方向の中央部およびと端部から１／６に位置する電極に
挟まれ、長さ方向に逆向きに分極した２つの領域からな
る出力部を有することを特徴とする圧電磁器トランス
と、該圧電磁器トランスを、長さ方向縦振動３次モード
で駆動する事を特徴とする圧電磁器トランスの駆動方法
である。
【００１０】
【作用】以下、図を用いて説明する。本発明の圧電磁器
トランスの斜視図を図１に示す。圧電磁器トランス全体
は駆動部１と発電部２および絶縁部３に大きく分割され
る。駆動部１は、図中矢印で示したように厚さ方向に分
極された圧電磁器の上下の主面に外部電極１１、１２を
配置し、それぞれ外部電気端子１５１、１５２に接続さ
れている。電極１１、１２と外部電気端子１５１、１５
２の接続点１６１、１６２は端部から圧電磁器トランス
全体の長さの４分の１だけ内側に位置している。一方、
発電部２では、主面上に配置した細長い電極１３と両側
面に配置した電極１４、１５があり、圧電磁器は図中矢
印で示すように幅方向に分極されており、分極の方向は
主面上の電極を挟んで交互になっている。電極１３から
は外部電気端子１５３が、電極１４、１５からは外部電
気端子１５４が取り出されている。電極と外部電気端子
の接続点１６３、１６４、１６５は駆動部と同様に端部
から圧電磁器トランス全体の長さの４分の１だけ内側に
位置している。
トランスの斜視図を図１に示す。圧電磁器トランス全体
は駆動部１と発電部２および絶縁部３に大きく分割され
る。駆動部１は、図中矢印で示したように厚さ方向に分
極された圧電磁器の上下の主面に外部電極１１、１２を
配置し、それぞれ外部電気端子１５１、１５２に接続さ
れている。電極１１、１２と外部電気端子１５１、１５
２の接続点１６１、１６２は端部から圧電磁器トランス
全体の長さの４分の１だけ内側に位置している。一方、
発電部２では、主面上に配置した細長い電極１３と両側
面に配置した電極１４、１５があり、圧電磁器は図中矢
印で示すように幅方向に分極されており、分極の方向は
主面上の電極を挟んで交互になっている。電極１３から
は外部電気端子１５３が、電極１４、１５からは外部電
気端子１５４が取り出されている。電極と外部電気端子
の接続点１６３、１６４、１６５は駆動部と同様に端部
から圧電磁器トランス全体の長さの４分の１だけ内側に
位置している。
【００１１】図１で示す構造の駆動部の外部電気端子１
５１−１５２間に交流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３１モードにより圧電磁器ト
ランス全体に長さ方向の縦振動が発生する。したがっ
て、発電部２でも電気機械結合係数ｋ31を介して圧電横
効果３１モードにより外部電気端子１５３−１５４間に
電圧が発生する。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。このとき、発電部２
の主面に配置する電極１３は、片側の主面だけに配置し
ても動作は可能であるが、上下の主面両方に上下で位置
をあわせて配置した方が発電効率が高いのは言うまでも
ない。また図２に示すように、発電部の電極間の分極を
交互にし、外部電気端子を交互に接続すれば動作するの
は明らかである。
５１−１５２間に交流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３１モードにより圧電磁器ト
ランス全体に長さ方向の縦振動が発生する。したがっ
て、発電部２でも電気機械結合係数ｋ31を介して圧電横
効果３１モードにより外部電気端子１５３−１５４間に
電圧が発生する。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。このとき、発電部２
の主面に配置する電極１３は、片側の主面だけに配置し
ても動作は可能であるが、上下の主面両方に上下で位置
をあわせて配置した方が発電効率が高いのは言うまでも
ない。また図２に示すように、発電部の電極間の分極を
交互にし、外部電気端子を交互に接続すれば動作するの
は明らかである。
【００１２】圧電磁器トランスを長さ縦振動２次モード
（１波長モード）で駆動すれば、長さ方向の両端から４
分の１内側の位置は振動の節となる。本発明によれば圧
電磁器トランスの外部電気端子の接続点１６１、１６
２、１６３、１６４、１６５は全てこの振動の節に位置
させることが可能である。すなわち機械的に動かない点
から電気接続を取り出しているので非常に高い信頼性が
得られる。
（１波長モード）で駆動すれば、長さ方向の両端から４
分の１内側の位置は振動の節となる。本発明によれば圧
電磁器トランスの外部電気端子の接続点１６１、１６
２、１６３、１６４、１６５は全てこの振動の節に位置
させることが可能である。すなわち機械的に動かない点
から電気接続を取り出しているので非常に高い信頼性が
得られる。
【００１３】一般に、圧電磁器トランスでは電極間に高
電界を印加する分極処理が必要である。例えば駆動部１
の分極では電極１１と１２の間に高電界を印加するが、
その際、絶縁部３が分極の電極間距離すなわち圧電磁器
トランスの厚さに比べて極端に短いと発電部２の電極１
４や１５との間で放電が発生し、良好な分極が困難とな
る。同様に発電部２の分極をする際には電極１３と電極
１４および１５の間に高電界を印加するが、その際、絶
縁部３の長さが分極の電極間距離に比べて極端に小さい
と放電するため、絶縁部３の距離はある程度大きくする
必要がある。その際、発電部２の主面上に電極１３がな
い場合は、発電部２の分極時は幅の全寸法に対して電圧
を印加するため絶縁部３の大きさをかなり大きく取る必
要がある。それに対し、本発明の圧電磁器トランスでは
主面上に電極１３があるため、発電部２の分極時もせい
ぜい圧電磁器トランス全体の幅寸法の２分の１の距離に
電圧を印加するだけなので、絶縁部３の寸法もさほど大
きく取る必要がない。すなわち駆動や発電に直接関与し
ない不活性な領域を小さくできるので高出力化に有利で
ある。
電界を印加する分極処理が必要である。例えば駆動部１
の分極では電極１１と１２の間に高電界を印加するが、
その際、絶縁部３が分極の電極間距離すなわち圧電磁器
トランスの厚さに比べて極端に短いと発電部２の電極１
４や１５との間で放電が発生し、良好な分極が困難とな
る。同様に発電部２の分極をする際には電極１３と電極
１４および１５の間に高電界を印加するが、その際、絶
縁部３の長さが分極の電極間距離に比べて極端に小さい
と放電するため、絶縁部３の距離はある程度大きくする
必要がある。その際、発電部２の主面上に電極１３がな
い場合は、発電部２の分極時は幅の全寸法に対して電圧
を印加するため絶縁部３の大きさをかなり大きく取る必
要がある。それに対し、本発明の圧電磁器トランスでは
主面上に電極１３があるため、発電部２の分極時もせい
ぜい圧電磁器トランス全体の幅寸法の２分の１の距離に
電圧を印加するだけなので、絶縁部３の寸法もさほど大
きく取る必要がない。すなわち駆動や発電に直接関与し
ない不活性な領域を小さくできるので高出力化に有利で
ある。
【００１４】又、第二の発明の圧電磁器トランスの斜視
図を図３に示す。圧電磁器トランス全体は駆動部１と発
電部２，２′および不活性部４，４′に大きく分割さ
れ、駆動部１は圧電磁器トランス全体の長さの１／３、
それ以外の領域２，２′４，４′は圧電磁器トランス全
体の長さの１／６の大きさである。駆動部１は、図中矢
印１７１で示したように厚さ方向に分極された圧電磁器
の上下の主面に外部電極３１、３２を配置し、それぞれ
外部電気端子１５１、１５２に接続されている。電極３
１、３２と外部電気端子１５１、１５２の接続点は駆動
部１の長さ方向の中央すなわち端面から圧電磁器トラン
ス全体の長さの１／６だけ内側に位置している。不活性
部４と発電部２の境界および不活性部４′と発電部２′
の境界にはそれぞれ電極３３、３４が配置されている。
図では電極３３、３４は主面および側面に配置されてい
るが、片側あるいは両方の主面のみに電極を配置しても
構わない。発電部２，２′は長さ方向に分極されている
が、図中矢印１７２、１７３で示すようにそれぞれ逆向
きに分極されている。
図を図３に示す。圧電磁器トランス全体は駆動部１と発
電部２，２′および不活性部４，４′に大きく分割さ
れ、駆動部１は圧電磁器トランス全体の長さの１／３、
それ以外の領域２，２′４，４′は圧電磁器トランス全
体の長さの１／６の大きさである。駆動部１は、図中矢
印１７１で示したように厚さ方向に分極された圧電磁器
の上下の主面に外部電極３１、３２を配置し、それぞれ
外部電気端子１５１、１５２に接続されている。電極３
１、３２と外部電気端子１５１、１５２の接続点は駆動
部１の長さ方向の中央すなわち端面から圧電磁器トラン
ス全体の長さの１／６だけ内側に位置している。不活性
部４と発電部２の境界および不活性部４′と発電部２′
の境界にはそれぞれ電極３３、３４が配置されている。
図では電極３３、３４は主面および側面に配置されてい
るが、片側あるいは両方の主面のみに電極を配置しても
構わない。発電部２，２′は長さ方向に分極されている
が、図中矢印１７２、１７３で示すようにそれぞれ逆向
きに分極されている。
【００１５】図３で示す構造の駆動部の外部電気端子１
５１−１５２間に交流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３１モードにより圧電磁器ト
ランス全体に長さ方向の縦振動が発生する。この長さ方
向縦振動の３次モード（３／２波長モード）の変位と応
力の分布を図４に示す。発電部２，２′でも電気機械結
合係数ｋ33を介して圧電縦効果３３モードによりに電圧
が発生する。ここで、図４から明らかなように発電部２
と２′は逆向きの応力となるが、分極の方向１７２と１
７３で逆になっているため、電極３３、３４間ではかな
り高い電圧を取り出すことが可能となる。また、このと
き、外部電気端子１５１、１５２、１５３、１５４と電
極の接続点は図２の変位分布から明らかなように全て振
動の節に位置している。すなわち機械的に動かない点か
ら電気接続を取り出しているので非常に高い信頼性が得
られる。
５１−１５２間に交流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３１モードにより圧電磁器ト
ランス全体に長さ方向の縦振動が発生する。この長さ方
向縦振動の３次モード（３／２波長モード）の変位と応
力の分布を図４に示す。発電部２，２′でも電気機械結
合係数ｋ33を介して圧電縦効果３３モードによりに電圧
が発生する。ここで、図４から明らかなように発電部２
と２′は逆向きの応力となるが、分極の方向１７２と１
７３で逆になっているため、電極３３、３４間ではかな
り高い電圧を取り出すことが可能となる。また、このと
き、外部電気端子１５１、１５２、１５３、１５４と電
極の接続点は図２の変位分布から明らかなように全て振
動の節に位置している。すなわち機械的に動かない点か
ら電気接続を取り出しているので非常に高い信頼性が得
られる。
【００１６】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５
で示される。図５においてＣd 1 ，Ｃd 2 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
幅、厚さ、駆動部の電極指間の距離、電極指の本数で変
化する。図５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。また、エネルギー伝送効率も負荷抵抗
に依存し、圧電磁器トランスの出力インピーダンスと整
合した値の負荷以外では伝送効率はさほど高くない。本
発明の圧電磁器トランスではトランス全体の長さ（駆動
部、発電部の数）、幅、厚さ以外にも発電部の主面上の
電極の数にも自由度があり、負荷と圧電磁器トランスの
出力インピーダンスを整合させられる範囲が広いという
特長を持つ。
中定数近似等価回路は、他の圧電トランスと同様に図５
で示される。図５においてＣd 1 ，Ｃd 2 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
幅、厚さ、駆動部の電極指間の距離、電極指の本数で変
化する。図５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。また、エネルギー伝送効率も負荷抵抗
に依存し、圧電磁器トランスの出力インピーダンスと整
合した値の負荷以外では伝送効率はさほど高くない。本
発明の圧電磁器トランスではトランス全体の長さ（駆動
部、発電部の数）、幅、厚さ以外にも発電部の主面上の
電極の数にも自由度があり、負荷と圧電磁器トランスの
出力インピーダンスを整合させられる範囲が広いという
特長を持つ。
【００１７】また、本圧電磁器トランスは、図１、図３
および図５から明かな様に入出力の電気端子はそれぞれ
直流的に絶縁された４端子構造であり、図６で示した３
端子型のローゼン型の圧電トランスに比べて周辺回路の
自由度を高くすることが可能である。
および図５から明かな様に入出力の電気端子はそれぞれ
直流的に絶縁された４端子構造であり、図６で示した３
端子型のローゼン型の圧電トランスに比べて周辺回路の
自由度を高くすることが可能である。
【００１８】
（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作製し
た。圧電磁器の材料にはＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴ
ｉＯ3）系圧電磁器を用いた。まず、焼成された圧電磁
器ブロックをダイアモンドカッターで切断し、＃３００
０のＳｉＣ研磨粉を用いて平行平面研磨することにより
長さ３０mm、幅１０mm、厚さ１．０mmの圧電磁器単板を
用意する。圧電磁器単板上にＡｇペーストをスクリーン
印刷・焼成することにより電極１１〜１５を形成した。
この際、絶縁部３の長さは３mmとし、発電部２の主面上
の電極１３の幅は１mmとした。これらの外部電極は、塗
布・焼成以外の方法、例えば蒸着法やスパッタ法を用い
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。続いて導線をハンダを用いて接続することにより
外部端子１５１〜１５４を取り出した。その際、ハンダ
の接続位置はそれぞれ長さ方向の中心すなわち端から
７．５mmの位置とした。その後、駆動部、発電部共に１
００℃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。
として図１に示した構成の圧電磁器トランスを作製し
た。圧電磁器の材料にはＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴ
ｉＯ3）系圧電磁器を用いた。まず、焼成された圧電磁
器ブロックをダイアモンドカッターで切断し、＃３００
０のＳｉＣ研磨粉を用いて平行平面研磨することにより
長さ３０mm、幅１０mm、厚さ１．０mmの圧電磁器単板を
用意する。圧電磁器単板上にＡｇペーストをスクリーン
印刷・焼成することにより電極１１〜１５を形成した。
この際、絶縁部３の長さは３mmとし、発電部２の主面上
の電極１３の幅は１mmとした。これらの外部電極は、塗
布・焼成以外の方法、例えば蒸着法やスパッタ法を用い
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。続いて導線をハンダを用いて接続することにより
外部端子１５１〜１５４を取り出した。その際、ハンダ
の接続位置はそれぞれ長さ方向の中心すなわち端から
７．５mmの位置とした。その後、駆動部、発電部共に１
００℃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。
【００１９】この圧電磁器トランスの長さ縦振動２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１１
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１００
ｋΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧１０Ｖに対
して３２０Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力
は１．０Ｗであった。
ードの共振周波数はアドミタンスの周波数特性から１１
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１００
ｋΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧１０Ｖに対
して３２０Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力
は１．０Ｗであった。
【００２０】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。
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。
【００２１】（実施例２）続いて図２に示す圧電磁器ト
ランスを作成した。ここで用いた材料や作成手順は実施
例１と同様である。圧電磁器トランス全体の寸法は長さ
３０mm、幅１０mm、厚さ１．０mmの圧電磁器単板で、発
電部２の主面上に幅方向に３等分する位置に幅１mmの電
極２５と２６を配置した。また、絶縁部３の長さは３mm
とした。電極２５は側面に配置した電極２４とともに外
部電気端子１５４に接続し、電極２６は逆の側面に配置
した電極２３とともに外部電気端子１５３に接続した。
ランスを作成した。ここで用いた材料や作成手順は実施
例１と同様である。圧電磁器トランス全体の寸法は長さ
３０mm、幅１０mm、厚さ１．０mmの圧電磁器単板で、発
電部２の主面上に幅方向に３等分する位置に幅１mmの電
極２５と２６を配置した。また、絶縁部３の長さは３mm
とした。電極２５は側面に配置した電極２４とともに外
部電気端子１５４に接続し、電極２６は逆の側面に配置
した電極２３とともに外部電気端子１５３に接続した。
【００２２】この圧電磁器トランスの長さ縦振動２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１１
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに４７ｋ
Ωの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧１０Ｖに対し
て１９０Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力は
０．７７Ｗであった。
ードの共振周波数はアドミタンスの周波数特性から１１
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに４７ｋ
Ωの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧１０Ｖに対し
て１９０Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力は
０．７７Ｗであった。
【００２３】（実施例３）続いて図３に示す圧電磁器ト
ランスを作成した。ここで用いた材料や作成手順は実施
例１と同様である。圧電磁器トランス全体の寸法は長さ
３６mm、幅８mm、厚さ１．０mmの圧電磁器単板で、電極
３３と３４の幅は１mmとした。発電部２と２′の境界に
非焼成型のＡｇペーストを塗布し１５０℃でキュアする
事により分極用の仮電極を形成した。その後、駆動部、
発電部共に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、分極用の仮電極は有機溶
剤により除去した。本実施例では発電部の境界に分極用
の仮電極を配置し分極後除去したが、焼成型の電極等を
形成し、分極後も除去せずにおいても圧電磁器トランス
の動作に支障のないことは明らかである。
ランスを作成した。ここで用いた材料や作成手順は実施
例１と同様である。圧電磁器トランス全体の寸法は長さ
３６mm、幅８mm、厚さ１．０mmの圧電磁器単板で、電極
３３と３４の幅は１mmとした。発電部２と２′の境界に
非焼成型のＡｇペーストを塗布し１５０℃でキュアする
事により分極用の仮電極を形成した。その後、駆動部、
発電部共に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、分極用の仮電極は有機溶
剤により除去した。本実施例では発電部の境界に分極用
の仮電極を配置し分極後除去したが、焼成型の電極等を
形成し、分極後も除去せずにおいても圧電磁器トランス
の動作に支障のないことは明らかである。
【００２４】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１４
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１００
ｋΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧１０Ｖに対
して４５０Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力
は２．０Ｗであった。
ードの共振周波数はアドミタンスの周波数特性から１４
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１００
ｋΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧１０Ｖに対
して４５０Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力
は２．０Ｗであった。
【００２５】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。
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。
【００２６】
【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、かつ小型で小型・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。
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、かつ小型で小型・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１】本発明の圧電磁器トランスの斜視図である。
【図２】実施例２の圧電磁器トランスの斜視図である。
【図３】第二の発明の圧電磁器トランスの斜視図であ
る。
る。
【図４】第二の発明の、長さ縦振動３次モードの変位お
よび応力の分布図である。
よび応力の分布図である。
【図５】圧電磁器トランスの集中定数等価回路図であ
る。
る。
【図６】従来のローゼン型圧電トランスの斜視図であ
る。
る。
１ 駆動部 ２、２′ 発電部 ３ 絶縁部 ４、４′ 不活性部 １１、１２、１３、１４、１５、２１、２２、２３、２
４、２５、２６、３１ 、３２、３３、３４、４３、４４、４５ 外部電極 １５１、１５２、１５３、１５４、４６、４７、４８
外部電気端子 １６１、１６２、１６３、１６４ 外部電気端子接続点 １７１、１７２、１７３ 分極方向
４、２５、２６、３１ 、３２、３３、３４、４３、４４、４５ 外部電極 １５１、１５２、１５３、１５４、４６、４７、４８
外部電気端子 １６１、１６２、１６３、１６４ 外部電気端子接続点 １７１、１７２、１７３ 分極方向
Claims (4)
- 【請求項１】長板構造で、少なくとも駆動部と発電部よ
りなる圧電磁器トランスにおいて、前記駆動部は主面全
体に配置された電極と厚さ方向に分極された圧電磁器と
からなり、前記発電部は、主面上に圧電磁器トランスの
長手方向に長い線状の１つあるいは幅方向に複数配置さ
れた電極と、両側面に配置された電極と、電極間を交互
に幅方向に分極された圧電磁器とからなることを特徴と
する圧電磁器トランス。 - 【請求項２】長板構造で、少なくとも駆動部と出力部よ
りなる圧電磁器トランスにおいて、前記駆動部は圧電磁
器トランス全体の長さの１／３で主面上全体に電極と厚
さ方向に分極された圧電磁器からなり、前記出力部は圧
電磁器トランスの長さ方向の中央部および端部から１／
６に位置する電極に挟まれ、長さ方向に逆向きに分極し
た２つの領域からなる出力部を有することを特徴とする
圧電磁器トランス。 - 【請求項３】長さ方向縦振動２次モードで駆動する事を
特徴とする請求項１記載の圧電磁器トランスの駆動方
法。 - 【請求項４】長さ方向縦振動３次モードで駆動する事を
特徴とする請求項２記載の圧電磁器トランスの駆動方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6138824A JP2555985B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 圧電磁器トランスとその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6138824A JP2555985B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 圧電磁器トランスとその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088472A JPH088472A (ja) | 1996-01-12 |
| JP2555985B2 true JP2555985B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=15231088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6138824A Expired - Lifetime JP2555985B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 圧電磁器トランスとその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2555985B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0818833B1 (en) | 1996-01-30 | 1999-10-27 | Tokin Corporation | Piezoelectric transformer |
| TW420883B (en) * | 1996-02-08 | 2001-02-01 | Tokin Corp | A piezoelectric transformer |
| CN102435822B (zh) * | 2011-12-27 | 2014-03-05 | 东南大学 | 一种基于压电陶瓷的电子电压互感装置 |
-
1994
- 1994-06-21 JP JP6138824A patent/JP2555985B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH088472A (ja) | 1996-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2508575B2 (ja) | 圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| US5806159A (en) | Piezoelectric ceramic transformer | |
| JP3064458B2 (ja) | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| US6346764B1 (en) | Multilayer piezoelectric transformer | |
| JP2606667B2 (ja) | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 | |
| WO2003007392A1 (en) | Multilayer piezoelectric transformer | |
| US5818150A (en) | Four-terminal piezoelectric ceramic transformer | |
| JP2555985B2 (ja) | 圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JP2643810B2 (ja) | 圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JP2581394B2 (ja) | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 | |
| JP2508964B2 (ja) | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 | |
| JP3706509B2 (ja) | 圧電トランス | |
| JP2725603B2 (ja) | 圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JP3060666B2 (ja) | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JP2755177B2 (ja) | 圧電磁器トランス | |
| JP2576648B2 (ja) | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JP2940282B2 (ja) | 厚み縦振動圧電磁器トランス及びその駆動方法 | |
| JP2531087B2 (ja) | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 | |
| JP3010896B2 (ja) | 圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JP2727969B2 (ja) | 櫛形電極を有する圧電磁器トランスの作製方法 | |
| JPH05251785A (ja) | 厚み振動圧電磁器トランスの製造方法 | |
| JP3709114B2 (ja) | 圧電トランス | |
| JP2904137B2 (ja) | 積層型圧電トランス | |
| JP2508575C (ja) | ||
| JP4831859B2 (ja) | 圧電トランス |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960709 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120905 Year of fee payment: 16 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130905 Year of fee payment: 17 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |