JP2730378B2 - 圧電トランスおよびその駆動方法 - Google Patents
圧電トランスおよびその駆動方法Info
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
られる圧電トランスに係り、中でも高信頼度、小型化を
要求せれる小型・高電圧電源に関するものである。
用いられている高電圧発生用トランスは殆どの場合電磁
式の巻き線トランスであった。
異なる圧電トランスが公知となっており、図8に代表的
な構造例を示す。図8において、1は圧電体であり、こ
の圧電体の上下面には電極2および3が被着形成されて
いる。さらに、駆動部の圧電体は厚み方向に、発電部は
長さ方向に分極処理をする。両電極間4に入力の交流電
圧が加えられる。この入力電圧が加えられる部分5は駆
動部と称する。
る。この発電部の端面には電極7が被着形成されてい
る。この電極7と電極3間8から出力が得られる。ま
た、圧電トランスの固定方法として、長手方向の縦振動
の共振時の節点に支持具9を装着して、支持固定する。
振動の共振周波数を有する交流電圧を印加すると、圧電
体は機械的な共振をする。この結果、発電部より、入力
電圧と同じ周波数の高電圧が出力される。
もそれらの電極での接続は振動の節点でないため著しく
信頼性の低下を招いている。上記の圧電トランスの欠点
を大幅に改良する参考例(公知ではない)を図9に示
す。図9に於いて、1は圧電体、2および3は駆動部の
電極であり、これら電極間4に入力電圧を加える。5、
6は各々駆動部、発電部である。7は発電部に設けられ
た端子兼支持具である。電極3と電極7から出力8が得
られる。9、10はそれぞれ駆動部に設けた下部、上部
電極端子である。この図に於いて、上向き、右向き、左
向きの矢印が前側面に示されている。これらの矢印が示
すように発電部は厚さ方向で同じ向きに、発電部は長さ
方向で中心面で二分し、互いに逆向き分極されている。
すような圧電トランスは小型で、高電圧が発生でき、小
型化の要求の大きい液晶のバックライト用インバータ等
には極めて魅力的である。しかしながら、図9に示すよ
うな大幅に改善された圧電トランスでも下記ののよう
な問題点があった。また図8の圧電トランスでは以下の
〜のような問題があった。
直流電源からの駆動時には電源に対する負荷の時間変動
が大である。
り、選択に自由度が小さい。
度が小さい。
衝撃に不安があった。
題である。
を解決するため、 機械振動の節点を含む両端部分に駆動部を設ける。
を設定する。
兼ねた電気端子を設ける。 以上の諸手段を巧みに組み合わせることで、初めて可能
となる。
る。ここで、以下の実施例で共通の事項をまとめて説明
する。
として、NEPEC8(商品名、トーキン製)の焼結体
を用いた。この焼結体を所要の形状に切削加工をして、
長板状にした。
を通常の厚膜スクリーン印刷法でパターン形成し、60
0℃で焼き付けた。
流電界を加えて15分間保持した。
製した。その長さは圧電トランス素板上に形成した電極
の幅とした。その幅は0.3mmとした。この打ち抜き
銅板を振動の節点に相当する下面に電気溶接した。
圧電トランス素板の長手方向の断面の形状より僅かに大
きい穴を打ち抜きで形成した。この打ち抜き銅板を支持
具とした。圧電トランス素板を前記の穴に差し込み、長
さ方向の縦振動の節点に相当する位置に被着形成された
銀−パラジウム電極に支持板を電気溶接で固定した。
0.1mmの銅板を0.3mm角に打ち抜き点溶接で固
定した。
電トランスを作製した。図1に於いて、1は圧電体、2
および3は駆動部の電極、電極間4に入力電圧を加え
る。5、6は各々駆動部、発電部である。7は発電部に
設けられた出力電極上に電気溶接された端子兼支持具で
ある。電極3と電極7から出力8が得られる。9、10
はそれぞれ駆動部に設けた下部、上部電極端子である。
この図に於いて、上向き、右向き、左向きの矢印が前側
面に示されている。これらの矢印が示すように発電部は
厚さ方向で逆向きに、発電部は長さ方向で中心面で二分
し、互いに逆向き分極処理をした。
長さは何れもλ/2とし、全長72.7mm、幅22.
6mm、厚さ1.4mmとした。
し、両出力端8は並列い出力した。この時の3次モード
の共振周波数は64.4kHzで、出力インピーダンス
211kΩの時、入力48Vに対して出力1300Vで
あった。すなわち、8Wの出力を得た。
トランスの駆動時に発生する電源ノイズを実測した。す
なわち、本実施例の圧電トランスは図6の構成で、図9
に示すものは図7の構成で実測した。図6、図7におい
て、21は直流電源、22は平滑用の電解コンデンサ、
23はチャークコイル、24は電源保護用のバリスタ、
25は電子式スイッチ、26は圧電トランス、27は負
荷抵抗である。
数で、デューティが50%となるように電子式スイッチ
をスイッチングした。この時、図6と、図7では駆動部
で消費する電力が等しくなるように電源電圧を調整し
た。
相がずれて、図7では両端駆動部は同時に同位相で電界
が加わっている。
とが認められた。一方、直流電源1の出力変動を計測し
た。その結果、本実施例による場合の方が1桁以上軽減
されることが観測できた。
験として、相対性湿度85%温度80℃の雰囲気中で連
続稼働試験を2万時間行った。その結果、250個の試
験体で特性に異状の認められるものは1個も認められな
かった。
電トランスを作製した。この図に示す番号は何れも実施
例1と同様である。この図で前側面に矢印が示すように
駆動部は厚さ方向で逆向きに分極処理をした。また、発
電部は中心面から距離λ/4毎の6領域に分割し、互い
に隣接する領域内の分極の向きが長さ方向で互いに逆向
きとなるように分極処理を施した。
ぞれλ/2、全発電部6の長さは1.5λとし、全長1
21.2mm、幅22.6mm、厚さ1.4mmとし
た。
両端子9と端子7とを並列に出力した。この時の5次モ
ードの共振周波数は64.4kHzで、出力インピーダ
ンス211kΩの時、入力16Vに対して出力1300
Vであった。すなわち、8Wの出力を得た。
験として、相対性湿度85%温度80℃の雰囲気中で連
続稼働試験を2万時間行った。その結果、200個の試
験体で特性に異状の認められるものは1個も認められな
かった。
電トランスを作製した。この図に示す番号は何れも実施
例1と同様である。この図で前側面に矢印が示すように
駆動部は厚さ方向で逆向きに分極処理をした。また、発
電部は中心面から距離λ/4の2領域とそれらに隣接す
る距離λ/2領域と、さらにそれらに隣接する距離λ/
2領域の6領域に分割し、互いに隣接する領域内の分極
の向きが長さ方向で互いに逆向きとなるように分極処理
を施した。
2、全発電部6の長さは2.5λとし、全長169.6
mm、幅22.6mm、厚さ1.4mmとした。
両端子9と端子7とを並列に出力した。この時の7次モ
ードの共振周波数は64.4kHzで、出力インピーダ
ンス211kΩの時、入力9.6Vに対して出力130
0Vであった。すなわち、8Wの出力を得た。
験として、相対性湿度85%温度80℃の雰囲気中で連
続稼働試験を2万時間行った。その結果、200個の試
験体で特性に異状の認められるものは1個も認められな
かった。
電トランスの2個の端子9と端子7の底部を半田付けで
実装して、長さ・幅・厚さ方法の3方向について衝撃試
験を実施した。その結果、500Gまでの衝撃に耐える
ことが明確になった。
電トランスを作製した。この図に示す番号は何れも実施
例1と同様である。この図で前側面に矢印が示すように
駆動部は厚さ方向で逆向きに分極処理をした。また、発
電部は中心面から距離λ/4毎の14領域に分割し、互
いに隣接する領域内の分極の向きが長さ方向で互いに逆
向きとなるように分極処理を施した。
発電部6の長さは3.5λとし、全長218.1mm、
幅22.6mm、厚さ1.4mmとした。
中央の端子7と両端の2個の端子9とを並列に出力し
た。この時の9次モードの共振周波数は64.4kHz
で、出力インピーダンス211kΩの時、入力6.9V
に対して出力1300Vであった。すなわち、8Wの出
力を得た。
験として、相対性湿度85%温度80℃の雰囲気中で連
続稼働試験を2万時間行った。その結果、100個の試
験体で特性に異状の認められるものは1個も認められな
かった。
電トランスを実装して、長さ・幅・厚さ方法の3方向に
ついて衝撃試験を実施した。その結果、500Gまでの
衝撃に耐えることが明確になった。
トランスを作製した。この図に示す番号は何れも実施例
1と同様である。この図で前側面に矢印が示すように駆
動部は厚さ方向で同じ向きに分極処理をした。また、発
電部は中心面から距離λ/4毎の6領域に分割し、互い
に隣接する領域内の分極の向きが長さ方向で互いに逆向
きとなるように分極処理を施した。
ぞれλ/2、全発電部6の長さは1.5λとし、全長1
21.2mm、幅22.6mm、厚さ1.4mmとし
た。
両端子9と端子7とを並列に出力した。この時の5次モ
ードの共振周波数は64.4kHzで、出力インピーダ
ンス211kΩの時、入力16Vに対して出力1300
Vであった。すなわち、8Wの出力を得た。
験として、相対性湿度85%温度80℃の雰囲気中で連
続稼働試験を2万時間行った。その結果、150個の試
験体で特性に異状の認められるものは1個も認められな
かった。
や液晶のバックライト等の機器に組み込まれ、本体機器
から直流電源を供給される。この場合、本体機器は多く
のサブシステムに同様の電源を供給している。従って、
電源を通じたノイズによる干渉が起きては大変面倒なこ
とになる。本発明の第1の効果は前記のノイズが図9の
圧電トランスに比べて1桁以上軽減されることにある。
用いることで、共振周波数を変えることなく、変成比の
選択範囲が広いことである。すなわち、前記のように本
体機器から供給を受ける電圧には大きな制限がある。こ
の制限を解消しようとするときには極めて有効である。
さらにまた、入力電圧を一定とした時には、出力電圧を
振動モードの次数に従って大きくすることができ、この
点も極めて大きな利点となる。
性の昇圧トランスを提供するものであることは明白であ
る。従来の巻線型の電磁トランスは高湿高温中では必ず
短絡故障を生ずることは公知であった。しかし、本発明
は前記実施例からも明かな様に短絡故障を始め如何なる
故障も生じていない。これは本発明の圧電トランスの構
造が簡単なことと振動の次数個ある節点で必要箇所だけ
電気的接続が実施できる構造になっていることに起因し
ている。
れているにも拘らず工業的に広く利用されていないのは
電気的接続が不安定な機械振動の腹点で実施されていな
いことによる。さらに本発明では支持を機械振動の多箇
所の節点で確実に施すことができる点が安定性の向上に
役立っている。これらの難点を完全に克服したものが本
発明である。
/2の3倍モードの圧電トランスの図である。
/2の5倍モードの圧電トランスの図である。
/2の7倍モードの圧電トランスの図である。
/2の9倍モードの圧電トランスの図である。
/2の5倍モードの圧電トランスの図である。
である。
である。
λ/2の3倍モードの圧電トランスの図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 長板状の圧電体と表面に形成した電極よ
りなる圧電トランスにおいて、圧電体の長さ方向の縦振
動の機械共振の波長λの1/2の3倍の振動モードで、
圧電体の駆動部を機械共振の節点を含む両端領域に、発
電部を機械共振の節点を含む中央領域に設け、かつ圧電
体の両端面より距離λ/2の二領域を厚さ方向の異なる
向きに分極した駆動部を有することを特徴とする圧電ト
ランス。 - 【請求項2】 長板状の圧電体と表面に形成した電極よ
りなる圧電トランスにおいて、圧電体の長さ方向の縦振
動の機械共振の波長λの1/2の5以上の奇数倍の振動
モードで、圧電体の駆動部を機械共振の節点を含む両端
領域に、発電部を機械共振の節点を含む中央部領域に設
け、かつ圧電体の両端面より距離λ/2の二領域を厚さ
方向の異なる向きに分極した駆動部を有することを特徴
とする圧電トランス。 - 【請求項3】 請求項2の圧電トランスにおいて、端面
より距離λ/2の両端の駆動部を除く領域をλ/4毎に
区分し、かつ圧電体の長さ方向で隣接する領域内の分極
の向きを異なる向きとする発電部を有することを特徴と
する圧電トランス。 - 【請求項4】 請求項1または2の圧電トランスにおい
て、駆動部および発電部共に圧電体の長さ方向の縦振動
の機械共振の節点に支持と電気的端子を兼ねた支持具を
取り付けることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項5】 請求項1または2の圧電トランスにおい
て、長板状の圧電トランスの裏面側を駆動部と発電部の
同電位電極とし、上面側の両端の電極を駆動電極、中心
部の電極を発電部の電極とし、両駆動電極間に逆相の電
圧を印加することを特徴とする圧電トランスの駆動方
法。
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