JP2655450B2 - 厚み縦振動圧電磁器トランスとその製造方法および駆動方法 - Google Patents
厚み縦振動圧電磁器トランスとその製造方法および駆動方法Info
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- JP2655450B2 JP2655450B2 JP2329688A JP32968890A JP2655450B2 JP 2655450 B2 JP2655450 B2 JP 2655450B2 JP 2329688 A JP2329688 A JP 2329688A JP 32968890 A JP32968890 A JP 32968890A JP 2655450 B2 JP2655450 B2 JP 2655450B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高周波数帯で動作可能な圧電磁器トランス
に関し、特に小型化，低ノイズ化が要求されるオンボー
ド用圧電磁器トランスに関する。
に関し、特に小型化，低ノイズ化が要求されるオンボー
ド用圧電磁器トランスに関する。
［従来の技術］ 近年、電子装置の電源回路を小型にするために、スイ
ッチング電源のスイッチング周波数の高周波化が図られ
ている。従来より、このスイッチング電源には電磁トラ
ンスが用いられており、スイッチング電源の小型化には
周知のごとくスイッチング周波数の高周波化が望まし
い。しかしながら、スイッチング周波数を高くすると、
電磁トランスに用いられている磁性材料のヒステリシス
損失，渦電流損失や導線の表皮効果による損失が急激に
増大し、トランスの効率が非常に低くなる欠点があっ
た。このため、電磁トランスの実用的な周波数帯域の上
限はせいぜい500kHzであった。
ッチング電源のスイッチング周波数の高周波化が図られ
ている。従来より、このスイッチング電源には電磁トラ
ンスが用いられており、スイッチング電源の小型化には
周知のごとくスイッチング周波数の高周波化が望まし
い。しかしながら、スイッチング周波数を高くすると、
電磁トランスに用いられている磁性材料のヒステリシス
損失，渦電流損失や導線の表皮効果による損失が急激に
増大し、トランスの効率が非常に低くなる欠点があっ
た。このため、電磁トランスの実用的な周波数帯域の上
限はせいぜい500kHzであった。
これに対して、圧電磁器トランスは、共振状態で使用
され、一般の電磁トランスに比べて、 同一周波数においてエネルギー密度が高いため小型化
が図れること、 不燃化が図れること、 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。
され、一般の電磁トランスに比べて、 同一周波数においてエネルギー密度が高いため小型化
が図れること、 不燃化が図れること、 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。
第５図に従来の代表的な圧電磁器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、51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分であり、その上下面に電極5
3,54が設けられており、この部分は図中56で示すよう
に、厚み方向に分極されている。また、同様に52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55が設けられており、発電部分52は図中57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、駆動電極53,54に電圧が印加されると
横効果31モードで電気機械結合計数K31によって縦振動
が励磁され、トランス全体が振動する。さらに発電部分
52では、電気機械結合計数K33によって縦効果縦振動モ
ード（33モード）により、出力電極55から高電圧が取り
出される。一方、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52を入力側と
し、横効果の低インピーダンス部分51を出力側にすれば
よいことは明らかである。他のタイプの圧電トランス
も、いずれもローゼン型と同じ平板の伸び振動や円板の
半径方向拡がり振動を利用したものであり、適用周波数
は最高200kHz程度までである。
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、51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分であり、その上下面に電極5
3,54が設けられており、この部分は図中56で示すよう
に、厚み方向に分極されている。また、同様に52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55が設けられており、発電部分52は図中57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、駆動電極53,54に電圧が印加されると
横効果31モードで電気機械結合計数K31によって縦振動
が励磁され、トランス全体が振動する。さらに発電部分
52では、電気機械結合計数K33によって縦効果縦振動モ
ード（33モード）により、出力電極55から高電圧が取り
出される。一方、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52を入力側と
し、横効果の低インピーダンス部分51を出力側にすれば
よいことは明らかである。他のタイプの圧電トランス
も、いずれもローゼン型と同じ平板の伸び振動や円板の
半径方向拡がり振動を利用したものであり、適用周波数
は最高200kHz程度までである。
［発明が解決しようとする課題］ 以上の従来例で示したように、圧電トランスの適用周
波数領域は、200kHz以下の低周波領域においてのみであ
った。また、ローゼン型の圧電トランスは、縦効果の電
気機械結合係数に比べて著しく小さい横効果縦振動モー
ドの電気機械結合係数K31を用いざるを得ないため、帯
域幅が小さいという欠点があった。
波数領域は、200kHz以下の低周波領域においてのみであ
った。また、ローゼン型の圧電トランスは、縦効果の電
気機械結合係数に比べて著しく小さい横効果縦振動モー
ドの電気機械結合係数K31を用いざるを得ないため、帯
域幅が小さいという欠点があった。
本発明の目的は、上記の課題を解決して1MHz以上の高
周波帯で動作し、小型・低損失な圧電磁器トランスを提
供することにある。
周波帯で動作し、小型・低損失な圧電磁器トランスを提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、電極層と圧電磁器層とが交互に積層された
積層体であって、ｍ層（ｍは正の整数を示す。）の圧電
磁器層からなる低インピーダンス部分とｎ層（ｎは正の
整数を示す。）の圧電磁器層からなる高インピーダンス
部分から構成され、各圧電磁器層の分極方向は厚み方向
で全て同じ向きであることを特徴とする厚み縦振動圧電
磁器トランスである。
積層体であって、ｍ層（ｍは正の整数を示す。）の圧電
磁器層からなる低インピーダンス部分とｎ層（ｎは正の
整数を示す。）の圧電磁器層からなる高インピーダンス
部分から構成され、各圧電磁器層の分極方向は厚み方向
で全て同じ向きであることを特徴とする厚み縦振動圧電
磁器トランスである。
またその製造方法は、圧電材料、分散媒、バインダー
からなる泥漿よりグリーンシートを作製する工程と、該
グリーンシートに内部電極を印刷し、積層して熱圧着す
る工程と、脱バインダーと焼成を行い圧電磁器トランス
の所定形状に切断する工程と、該圧電磁器トランスの上
下主面を平行平面研磨する工程と、上下主面に電極を形
成し、該電極に直流電圧を印加することにより１度で全
ての圧電磁器層を分極する工程と、側面に外部電極を形
成する工程とを備えたことを特徴とする。
からなる泥漿よりグリーンシートを作製する工程と、該
グリーンシートに内部電極を印刷し、積層して熱圧着す
る工程と、脱バインダーと焼成を行い圧電磁器トランス
の所定形状に切断する工程と、該圧電磁器トランスの上
下主面を平行平面研磨する工程と、上下主面に電極を形
成し、該電極に直流電圧を印加することにより１度で全
ての圧電磁器層を分極する工程と、側面に外部電極を形
成する工程とを備えたことを特徴とする。
さらにその駆動方法は、低インピーダンス部分の各層
から電極を取り出し交互に接続し出力あるいは入力端子
とすると共に、高インピーダンス部の一層の上下から取
り出した外部電極を入力あるいは出力端子とし、２分の
１波長が圧電磁器層の厚さと同じになる厚み縦振動（ｍ
＋ｎ）次モード（ｍおよびｎは正の整数を示す。）の共
振周波数で駆動することを特徴とする。
から電極を取り出し交互に接続し出力あるいは入力端子
とすると共に、高インピーダンス部の一層の上下から取
り出した外部電極を入力あるいは出力端子とし、２分の
１波長が圧電磁器層の厚さと同じになる厚み縦振動（ｍ
＋ｎ）次モード（ｍおよびｎは正の整数を示す。）の共
振周波数で駆動することを特徴とする。
［作用］ 本発明による圧電磁器トランスは、例えば第１図に示
すように、同じ厚さでそれぞれ厚み方向に分極された圧
電磁器層111〜113,121〜123を多数積み重ねた構造にな
っている。積み重ねる際に、全ての層（111〜123）の分
極方向14が揃っているのが本発明の特徴である。
すように、同じ厚さでそれぞれ厚み方向に分極された圧
電磁器層111〜113,121〜123を多数積み重ねた構造にな
っている。積み重ねる際に、全ての層（111〜123）の分
極方向14が揃っているのが本発明の特徴である。
一例として、本圧電トランスを厚み縦振動６次モード
で使用できる結線図および厚み縦振動６次モードの応力
分布をそれぞれ第２図（ａ），（ｂ）に示す。第２図
（ｂ）から明らかなように、本圧電磁器トランスにおい
ては、各層の圧さが同じで全体の厚さの６分の１である
ため、厚み縦振動６次モードでは各層毎に応力分布の符
号が反転している。ここで全ての層の分極方向が等しい
ため、振動によって励起される電荷の符号も各層毎に反
転するのが特徴である。従って、第２図中止の部分11の
各層の境界から互い違いに電極を取り出して並列に接続
すると比較的低インピーダンスの電気端子対21,22を得
ることができる。それに対し、第２図中下の部分12にお
いて、その中の一層のみ、例えば122の上下面から外部
電極を取り出せば、比較的高インピーダンスの電気端子
23,24を得ることができる。このとき23−24間のインピ
ーダンスは21−22間の約３倍となっている。そのため端
子23,24を入力、21,22を出力とすれば降圧トランスとし
て、また端子21,22を入力、23,24を出力とすれば昇圧ト
ランスとして使用できる。
で使用できる結線図および厚み縦振動６次モードの応力
分布をそれぞれ第２図（ａ），（ｂ）に示す。第２図
（ｂ）から明らかなように、本圧電磁器トランスにおい
ては、各層の圧さが同じで全体の厚さの６分の１である
ため、厚み縦振動６次モードでは各層毎に応力分布の符
号が反転している。ここで全ての層の分極方向が等しい
ため、振動によって励起される電荷の符号も各層毎に反
転するのが特徴である。従って、第２図中止の部分11の
各層の境界から互い違いに電極を取り出して並列に接続
すると比較的低インピーダンスの電気端子対21,22を得
ることができる。それに対し、第２図中下の部分12にお
いて、その中の一層のみ、例えば122の上下面から外部
電極を取り出せば、比較的高インピーダンスの電気端子
23,24を得ることができる。このとき23−24間のインピ
ーダンスは21−22間の約３倍となっている。そのため端
子23,24を入力、21,22を出力とすれば降圧トランスとし
て、また端子21,22を入力、23,24を出力とすれば昇圧ト
ランスとして使用できる。
本発明のように厚み縦振動を利用する圧電デバイスに
おいては、圧電縦効果である厚み縦振動を励振する電気
機械結合係数Ktのみが大きい材料が望ましく、K31等圧
電横効果の電気機械結合係数が大きい材料では長さや幅
方向の振動あるいは輪郭振動によるスプリアスが問題と
なる。そのためKt/K31が小さいPZT系圧電材料よりもKt/
K31が大きいPbTiO3系材料のほうが有利である。しかし
ながら、PbTiO3系の材料は結晶格子異方性c/aが大き
く、同一デバイスの中で分極の向きが異なる領域が存在
するとそこに歪みが生じ、機械的に弱くなる。また作製
の途中で分極の向きを反転させる工程や圧電トランスの
一部分だけを分極する工程が存在すると、分極の向きが
変化する際に生じる歪みで電極の剥離等により分極時に
破壊あるいは機械的品質係数Qmが低下する恐れがある。
それに対し、本発明の圧電磁器トランスによれば各層の
分極方向がすべて同一であるので上下主面間に高電圧を
印加すれば１度の工程で分極が完了する。そのため圧電
トランスに歪みが加わらず、機械的な破壊や機械的品質
係数Qmの低下の恐れがない。
おいては、圧電縦効果である厚み縦振動を励振する電気
機械結合係数Ktのみが大きい材料が望ましく、K31等圧
電横効果の電気機械結合係数が大きい材料では長さや幅
方向の振動あるいは輪郭振動によるスプリアスが問題と
なる。そのためKt/K31が小さいPZT系圧電材料よりもKt/
K31が大きいPbTiO3系材料のほうが有利である。しかし
ながら、PbTiO3系の材料は結晶格子異方性c/aが大き
く、同一デバイスの中で分極の向きが異なる領域が存在
するとそこに歪みが生じ、機械的に弱くなる。また作製
の途中で分極の向きを反転させる工程や圧電トランスの
一部分だけを分極する工程が存在すると、分極の向きが
変化する際に生じる歪みで電極の剥離等により分極時に
破壊あるいは機械的品質係数Qmが低下する恐れがある。
それに対し、本発明の圧電磁器トランスによれば各層の
分極方向がすべて同一であるので上下主面間に高電圧を
印加すれば１度の工程で分極が完了する。そのため圧電
トランスに歪みが加わらず、機械的な破壊や機械的品質
係数Qmの低下の恐れがない。
厚み縦振動６次モードを用いると、10MHz程度の高周
波帯で使用する圧電トランスが実現できる。厚み縦振動
で動作する圧電トランスの出力Ｐ（Ｗ）は、簡単なエネ
ルギー的考察により、近似的に、 となる。ここに、Ａは比例定数、frは共振周波数、▲ε
s 33▼は拘束誘電率、Ｖは圧電トランスの体積、Ktは厚
み縦振動の電気機械結合係数である。従って圧電トラン
スは、圧電セラミック材料の電気機械結合係数Ktが大き
いほど、共振周波数frが高いほど、単位体積当たりの出
力が大きくなり、それだけ小型化を図ることが可能とな
る。
波帯で使用する圧電トランスが実現できる。厚み縦振動
で動作する圧電トランスの出力Ｐ（Ｗ）は、簡単なエネ
ルギー的考察により、近似的に、 となる。ここに、Ａは比例定数、frは共振周波数、▲ε
s 33▼は拘束誘電率、Ｖは圧電トランスの体積、Ktは厚
み縦振動の電気機械結合係数である。従って圧電トラン
スは、圧電セラミック材料の電気機械結合係数Ktが大き
いほど、共振周波数frが高いほど、単位体積当たりの出
力が大きくなり、それだけ小型化を図ることが可能とな
る。
さらに第２図から明らかなように、本発明の圧電磁器
トランスにおいては比較的引っ張り強度の弱い内部電極
が存在する各層の境界部分には全く応力が加わらない構
造になっている。そのため高出力で駆動しても電極の部
分での剥離が生じないため、圧電セラミック材料本体の
引っ張り強度の限界まで圧電磁器トランスを振動させる
ことが可能となり一層の高出力化が図れる。
トランスにおいては比較的引っ張り強度の弱い内部電極
が存在する各層の境界部分には全く応力が加わらない構
造になっている。そのため高出力で駆動しても電極の部
分での剥離が生じないため、圧電セラミック材料本体の
引っ張り強度の限界まで圧電磁器トランスを振動させる
ことが可能となり一層の高出力化が図れる。
［実施例］ 本発明に基づく圧電磁器トランスの実施例として、第
２図に示した圧電磁器トランスを本発明請求項（２）の
方法により作製した。まず主成分であるPbO、TiO2およ
び微量の添加物を秤量し、分散媒である水とともにボー
ルミルポットに投入し、約40時間混合する。次にこれを
濾過乾燥し、電気炉にて900℃、４時間仮焼し、ライカ
イ器にて20分間粉砕する。その仮焼粉末に、バインダー
としてポリビニルアルコール、可塑剤としてグリセリ
ン、溶剤として水を所定の用量秤量し、撹拌器で混合す
る。それぞれの量はセラミック粉末が約80重量％、バイ
ンダー約10重量％、溶剤は約10重量％弱であるが、泥漿
と呼ばれるこれらの混合物の粘度が500センチポアズ程
度になるように溶剤が適宜添加される。次にこの泥漿を
スリップキャスティング法により厚さ約120μｍのグリ
ーンシートにする。その後、熱プレス機で積層圧着する
ために必要な形状、すなわちプレス金型に適合する大き
さにパンチング機により打ち抜き切断する。
２図に示した圧電磁器トランスを本発明請求項（２）の
方法により作製した。まず主成分であるPbO、TiO2およ
び微量の添加物を秤量し、分散媒である水とともにボー
ルミルポットに投入し、約40時間混合する。次にこれを
濾過乾燥し、電気炉にて900℃、４時間仮焼し、ライカ
イ器にて20分間粉砕する。その仮焼粉末に、バインダー
としてポリビニルアルコール、可塑剤としてグリセリ
ン、溶剤として水を所定の用量秤量し、撹拌器で混合す
る。それぞれの量はセラミック粉末が約80重量％、バイ
ンダー約10重量％、溶剤は約10重量％弱であるが、泥漿
と呼ばれるこれらの混合物の粘度が500センチポアズ程
度になるように溶剤が適宜添加される。次にこの泥漿を
スリップキャスティング法により厚さ約120μｍのグリ
ーンシートにする。その後、熱プレス機で積層圧着する
ために必要な形状、すなわちプレス金型に適合する大き
さにパンチング機により打ち抜き切断する。
その後、前述のグリーンシートに、Pt,PbTiO3系圧電
セラミック仮焼粉末、バインダーおよび溶剤からなるPt
ペーストをスクリーン印刷し、層間電極を形成する。そ
の後、PbTiO3系圧電材料グリーンシート４枚と駆動電極
の印刷されたグリーンシート１枚を交互に６回積層す
る。そのとき最初と最後にPbTiO3系圧電材料のグリーン
シートを２枚ずつ増やし、周波数調整層とする。次にこ
のグリーンシート積層体を500℃、10時間空気中で熱処
理し、脱バインダーを終了する。その後、1300℃、２時
間焼成し、所定の寸法に切断する。その後＃3000の研磨
粉を用い上下面の平行平面研磨を行い厚さを3mmに調整
した。
セラミック仮焼粉末、バインダーおよび溶剤からなるPt
ペーストをスクリーン印刷し、層間電極を形成する。そ
の後、PbTiO3系圧電材料グリーンシート４枚と駆動電極
の印刷されたグリーンシート１枚を交互に６回積層す
る。そのとき最初と最後にPbTiO3系圧電材料のグリーン
シートを２枚ずつ増やし、周波数調整層とする。次にこ
のグリーンシート積層体を500℃、10時間空気中で熱処
理し、脱バインダーを終了する。その後、1300℃、２時
間焼成し、所定の寸法に切断する。その後＃3000の研磨
粉を用い上下面の平行平面研磨を行い厚さを3mmに調整
した。
以上で外形をなした圧電トランスの上下面に、Ag,ガ
ラスフリット，バインダー，溶剤からなるAgペーストを
スクリーン印刷法により塗布し、約500℃で焼き付けて
分極用電極を形成する。そしてこれを絶縁油中100℃に
保持し、分極用電極間に5KV/mm以上の直流電圧を５分以
上印加することにより分極を行う。その後室温硬化型の
Agペーストを用いて外部電極を取り出す。
ラスフリット，バインダー，溶剤からなるAgペーストを
スクリーン印刷法により塗布し、約500℃で焼き付けて
分極用電極を形成する。そしてこれを絶縁油中100℃に
保持し、分極用電極間に5KV/mm以上の直流電圧を５分以
上印加することにより分極を行う。その後室温硬化型の
Agペーストを用いて外部電極を取り出す。
本圧電磁器トランスの集中定数近似等価回路は第３図
のようになる。第３図においてCd1,Cd2はそれぞれ入力
側，出力側の制動容量,A1,A2は力係数,m,C,Rmは厚み縦
振動６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。本圧電トランスは第３図に示
した等価回路に基づき、バターワース１次のフィルタと
して設計された。端子23,24を入力とし、端子21,22を出
力として、圧電トランスの入出力側に適当な抵抗負荷で
終端した時の周波数−ゲイン、効率特性の実測値を第４
図に示す。共振周波数は4.8MHzで、その時のゲイン0.
3、機械的品質係数Qmは1100、最大効率は97％と非常に
良好なものであった。
のようになる。第３図においてCd1,Cd2はそれぞれ入力
側，出力側の制動容量,A1,A2は力係数,m,C,Rmは厚み縦
振動６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。本圧電トランスは第３図に示
した等価回路に基づき、バターワース１次のフィルタと
して設計された。端子23,24を入力とし、端子21,22を出
力として、圧電トランスの入出力側に適当な抵抗負荷で
終端した時の周波数−ゲイン、効率特性の実測値を第４
図に示す。共振周波数は4.8MHzで、その時のゲイン0.
3、機械的品質係数Qmは1100、最大効率は97％と非常に
良好なものであった。
なお、本実施例に用いた圧電トランスの材料は、厚み
縦振動の電気機械結合係数Ktに比べて、スプリアス振動
の原因となる横効果縦振動モードの電気機械結合係数K
31が十分小さいPbTiO3系の材料を用いた。しかしなが
ら、PZT系圧電セラミック材料を用いる場合は、K31がKt
の1/3〜1/2程度とかなり大きいので、K31に起因するス
プリアス共振周波数を、使用する厚み縦振動高次モード
の共振周波数から十分遠ざけるように幅，長さ寸法を定
めることにより、良好な厚み縦振動高次モードの共振特
性を有する圧電トランスが実現できることは言うまでも
ない。
縦振動の電気機械結合係数Ktに比べて、スプリアス振動
の原因となる横効果縦振動モードの電気機械結合係数K
31が十分小さいPbTiO3系の材料を用いた。しかしなが
ら、PZT系圧電セラミック材料を用いる場合は、K31がKt
の1/3〜1/2程度とかなり大きいので、K31に起因するス
プリアス共振周波数を、使用する厚み縦振動高次モード
の共振周波数から十分遠ざけるように幅，長さ寸法を定
めることにより、良好な厚み縦振動高次モードの共振特
性を有する圧電トランスが実現できることは言うまでも
ない。
異なる実施例として、出力，入力ともに２層ずつで構
成した圧電トランスの配線図を第６図（ａ），（ｂ）に
示す。低インピーダンス部11では111,112の２層を電気
的に並列に接続して外部端子21,22を取り出す。また高
インピーダンス部は121,122の２層からなるが、このう
ち122の上下から外部端子23,24を取り出す。製造方法は
先に示した実施例と同じグリーンシート法で、１回だけ
分極処理を施している。全体の厚さが2mm（１層0.5mm）
のものにおいて、共振周波数4.8MHz,入出力のインピー
ダンス比2:1,最大効率96％の圧電トランスが構成でき
た。
成した圧電トランスの配線図を第６図（ａ），（ｂ）に
示す。低インピーダンス部11では111,112の２層を電気
的に並列に接続して外部端子21,22を取り出す。また高
インピーダンス部は121,122の２層からなるが、このう
ち122の上下から外部端子23,24を取り出す。製造方法は
先に示した実施例と同じグリーンシート法で、１回だけ
分極処理を施している。全体の厚さが2mm（１層0.5mm）
のものにおいて、共振周波数4.8MHz,入出力のインピー
ダンス比2:1,最大効率96％の圧電トランスが構成でき
た。
本発明における圧電トランスでは共振周波数frは近似
的に、 （ただし、Vt:厚み方向の縦波の音速,t:一層の厚みであ
る。） となり、層数には依存しない。低インピーダンス部の層
数をｍ、高インピーダンス部の層数をｎとすると、圧電
トランス全体の厚さは（ｎ＋ｍ）・ｔとなるため、同一
周波数で使用できるように、一層の厚さを変えずに層数
を極端に増やすと全体の厚さが大きくなり、小型、高出
力という圧電トランスの長所が生かされない。
的に、 （ただし、Vt:厚み方向の縦波の音速,t:一層の厚みであ
る。） となり、層数には依存しない。低インピーダンス部の層
数をｍ、高インピーダンス部の層数をｎとすると、圧電
トランス全体の厚さは（ｎ＋ｍ）・ｔとなるため、同一
周波数で使用できるように、一層の厚さを変えずに層数
を極端に増やすと全体の厚さが大きくなり、小型、高出
力という圧電トランスの長所が生かされない。
逆に全体の厚さを変えずに層数を増やそうとすると１
層の厚さｔが小さくなり、共振周波数が高くなる。例え
ば、全体の厚さを2mmとし、入出力ともに10層ずつ配置
すると１層の厚さが0.1mmとなり、これ以上層数を増や
すのは作製が困難となる。
層の厚さｔが小さくなり、共振周波数が高くなる。例え
ば、全体の厚さを2mmとし、入出力ともに10層ずつ配置
すると１層の厚さが0.1mmとなり、これ以上層数を増や
すのは作製が困難となる。
また、本発明の圧電トランスでは、高インピーダンス
部ではｎ層のうち１層だけを有効に利用しているため、
その体積割合は1/nで、ｎの極端な増加は有利ではな
い。これらの理由により、層数m,nは10以下が妥当なも
のである。
部ではｎ層のうち１層だけを有効に利用しているため、
その体積割合は1/nで、ｎの極端な増加は有利ではな
い。これらの理由により、層数m,nは10以下が妥当なも
のである。
以上の例では層数ｍとｎが同じ場合を示したが、ｍと
ｎが異なる場合であってもかまわない。ただし、電極層
に挟まれた圧電磁器層の厚さは全て等しいことが必要で
ある。
ｎが異なる場合であってもかまわない。ただし、電極層
に挟まれた圧電磁器層の厚さは全て等しいことが必要で
ある。
［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、1MHz以上の高周波帯で使用することができ、
かつ小型で高効率であるという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。
ランスは、1MHz以上の高周波帯で使用することができ、
かつ小型で高効率であるという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。
第１図は本発明の圧電磁器トランスの実施例を示す斜視
図、第２図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例による結
線した圧電磁器トランスの断面図と応力分布図、第３図
は圧電磁器トランスの集中定数等価回路図、第４図は圧
電磁器トランスの周波数−ゲイン，効率特性図、第５図
は従来のローゼン型圧電トランスの斜視図、第６図
（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例による結線した圧
電磁器トランスの断面図と応力分布図である。 11,52……高インピーダンス部 12,51……低インピーダンス部 13,53,54,55……電極 14,56,57……分極方向 111,112,113,121,122,123……圧電磁器層 21,22,23,24……外部電気端子
図、第２図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例による結
線した圧電磁器トランスの断面図と応力分布図、第３図
は圧電磁器トランスの集中定数等価回路図、第４図は圧
電磁器トランスの周波数−ゲイン，効率特性図、第５図
は従来のローゼン型圧電トランスの斜視図、第６図
（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例による結線した圧
電磁器トランスの断面図と応力分布図である。 11,52……高インピーダンス部 12,51……低インピーダンス部 13,53,54,55……電極 14,56,57……分極方向 111,112,113,121,122,123……圧電磁器層 21,22,23,24……外部電気端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 明夫 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−196493（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−54878（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】電極層と圧電磁器層とが交互に積層された
積層体であって、ｍ層（ｍは正の整数を示す。）の圧電
磁器層からなる低インピーダンス部分とｎ層（ｎは正の
整数を示す。）の圧電磁器層からなる高インピーダンス
部分から構成され、各圧電磁器層の分極方向は厚み方向
で全て同じ向きであることを特徴とする厚み縦振動圧電
磁器トランス。 - 【請求項２】請求項（１）記載の圧電磁器トランスの製
造方法であって、圧電材料、分散媒、バインダーからな
る泥漿よりグリーンシートを作製する工程と、該グリー
ンシートに内部電極を印刷し、積層して熱圧着する工程
と、脱バインダーと焼成を行い圧電磁器トランスの所定
形状に切断する工程と、該圧電磁器トランスの上下主面
を平行平面研磨する工程と、上下主面に電極を形成し、
該電極に直流電圧を印加することにより１度で全ての圧
電磁器層を分極する工程と、側面に外部電極を形成する
工程とを備えたことを特徴とする厚み縦振動圧電磁器ト
ランスの製造方法 - 【請求項３】請求項（１）記載の圧電磁器トランスの駆
動方法であって、低インピーダンス部分の各層から電極
を取り出し交互に接続し出力あるいは入力端子とすると
共に、高インピーダンス部の一層の上下から取り出した
外部電極を入力あるいは出力端子とし、２分の１波長が
圧電磁器層の厚さと同じになる厚み縦振動（ｍ＋ｎ）次
モード（ｍおよびｎは正の整数を示す。）の共振周波数
で駆動することを特徴とする厚み縦振動圧電磁器トラン
スの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2329688A JP2655450B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその製造方法および駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2329688A JP2655450B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその製造方法および駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206581A JPH04206581A (ja) | 1992-07-28 |
| JP2655450B2 true JP2655450B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=18224163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2329688A Expired - Fee Related JP2655450B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその製造方法および駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2655450B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108918014B (zh) * | 2018-05-31 | 2023-05-26 | 河南理工大学 | 夹心式纵振换能器装配在线监测及施加预紧力方法及装置 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2329688A patent/JP2655450B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04206581A (ja) | 1992-07-28 |
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