JP3020769B2 - マルチモード設定可能圧電変換素子 - Google Patents
マルチモード設定可能圧電変換素子Info
- Publication number
- JP3020769B2 JP3020769B2 JP5159533A JP15953393A JP3020769B2 JP 3020769 B2 JP3020769 B2 JP 3020769B2 JP 5159533 A JP5159533 A JP 5159533A JP 15953393 A JP15953393 A JP 15953393A JP 3020769 B2 JP3020769 B2 JP 3020769B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric substrate
- mode
- electrodes
- substrate
- 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 - Fee Related
Links
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電変換素子に関し、
より詳細には、種々の出力のための複数のモードの設定
が可能であり高出力効率を有する圧電変換素子の構造に
関する。
より詳細には、種々の出力のための複数のモードの設定
が可能であり高出力効率を有する圧電変換素子の構造に
関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】圧電
変換素子は、体積が小さく、構成が簡単であり、重さが
軽く、磁気芯と巻線からなる通常のトランスよりも有利
な高い変換効率を有する。しかし、モノリシックの圧電
変換素子は、トポグラフィと極性の設計において制限が
あり、大部分の変換素子は、１つの作動モード（λモー
ドとλ／２モード）のみを備え、そのため、変換素子
は、分極が困難であり、より低い作動周波数を有し、作
動において大量のノイズを発生し得る。
変換素子は、体積が小さく、構成が簡単であり、重さが
軽く、磁気芯と巻線からなる通常のトランスよりも有利
な高い変換効率を有する。しかし、モノリシックの圧電
変換素子は、トポグラフィと極性の設計において制限が
あり、大部分の変換素子は、１つの作動モード（λモー
ドとλ／２モード）のみを備え、そのため、変換素子
は、分極が困難であり、より低い作動周波数を有し、作
動において大量のノイズを発生し得る。
【０００３】ベルリンコートらによる米国特許第３,７
３６,４４６号に、通常の圧電セラミック変換素子が開
示されている。ここに開示された強誘電体材料からなる
圧電セラミック素子は、変換素子に自己発振を可能にす
る第１組または第２組の複数の電極と結合する第３組の
複数の電極を備える。変換素子の基板は、共振電圧出力
を与える２つの分極方向を有する。そのような変換素子
は、同時にλ／２モードとλモード（λは波伝播方向で
測定された波長）とを有するが、希望のいずれかのモー
ドを効果的に発生可能に、または発生不能にできない。
さらに、変換素子のみが、負荷電圧出力端子を有するの
で、電圧または電流の変換利得は、圧電基板の長さ、幅
および厚さの制限のために小さい。さらに、大きな圧電
基板にとって、その分極は困難である。
３６,４４６号に、通常の圧電セラミック変換素子が開
示されている。ここに開示された強誘電体材料からなる
圧電セラミック素子は、変換素子に自己発振を可能にす
る第１組または第２組の複数の電極と結合する第３組の
複数の電極を備える。変換素子の基板は、共振電圧出力
を与える２つの分極方向を有する。そのような変換素子
は、同時にλ／２モードとλモード（λは波伝播方向で
測定された波長）とを有するが、希望のいずれかのモー
ドを効果的に発生可能に、または発生不能にできない。
さらに、変換素子のみが、負荷電圧出力端子を有するの
で、電圧または電流の変換利得は、圧電基板の長さ、幅
および厚さの制限のために小さい。さらに、大きな圧電
基板にとって、その分極は困難である。
【０００４】米国特許第３,６５９,１２７号は、入力部
分と出力部分とからなる圧電基板の特定の幅対厚さの比
を有する圧電セラミック変換素子を開示する。この特許
は、第１と第２の振動モード（λ／２モードとλモー
ド）を備え、その出力電圧は、圧電基板の長さ対幅の比
を変えることにより調整可能である。この場合、高い電
圧出力を得るために、基板の長さと幅は、基板の分極が
困難になるまで増加されるべきである。さらに、変換素
子は、ただ１つの負荷電圧出力を有するので、いずれか
の振動モードを発生可能にできないかまたは発生不能に
できない。
分と出力部分とからなる圧電基板の特定の幅対厚さの比
を有する圧電セラミック変換素子を開示する。この特許
は、第１と第２の振動モード（λ／２モードとλモー
ド）を備え、その出力電圧は、圧電基板の長さ対幅の比
を変えることにより調整可能である。この場合、高い電
圧出力を得るために、基板の長さと幅は、基板の分極が
困難になるまで増加されるべきである。さらに、変換素
子は、ただ１つの負荷電圧出力を有するので、いずれか
の振動モードを発生可能にできないかまたは発生不能に
できない。
【０００５】米国特許第２,８３０,２７４号に開示され
た圧電変換素子では、中央電極は、変換素子の基板の面
に垂直に分極され、残りの部分（中央部分の右と左の部
分）は、１つの方向に縦に分極される。この中央部分
は、さらに、２個の短絡回路円電極を備える。２個の円
電極の変換された電圧は、基板の２個の端子から出力さ
れる。この場合の右と左の部分の分極方向は矛盾しない
ので、希望の変換された電圧は、より大きくなり、圧電
基板の分極過程は、同じ寸法の基板を用いた本発明にく
らべて複雑になる。さらに、この特許は、λ／２モード
のみを備える。したがって、変換素子の作動周波数は、
より低くなり、ノイズはより大量になる。
た圧電変換素子では、中央電極は、変換素子の基板の面
に垂直に分極され、残りの部分（中央部分の右と左の部
分）は、１つの方向に縦に分極される。この中央部分
は、さらに、２個の短絡回路円電極を備える。２個の円
電極の変換された電圧は、基板の２個の端子から出力さ
れる。この場合の右と左の部分の分極方向は矛盾しない
ので、希望の変換された電圧は、より大きくなり、圧電
基板の分極過程は、同じ寸法の基板を用いた本発明にく
らべて複雑になる。さらに、この特許は、λ／２モード
のみを備える。したがって、変換素子の作動周波数は、
より低くなり、ノイズはより大量になる。
【０００６】特開昭６３−２７２０８４号公報にも、圧
電変換素子が開示されている。圧電変換素子は、Ｈ状で
あり、その中央部分は、垂直に分極され、他の部分は、
１つの方向に縦に分極される。変換された電圧は、Ｈ状
基板の２つの端子から出力される。この圧電変換素子
は、２以上の出力端子を有するが、Ｈ状の構成は、製造
が困難である。そのような変換素子は、同様に、作動周
波数が小さく、大量のノイズを有する。
電変換素子が開示されている。圧電変換素子は、Ｈ状で
あり、その中央部分は、垂直に分極され、他の部分は、
１つの方向に縦に分極される。変換された電圧は、Ｈ状
基板の２つの端子から出力される。この圧電変換素子
は、２以上の出力端子を有するが、Ｈ状の構成は、製造
が困難である。そのような変換素子は、同様に、作動周
波数が小さく、大量のノイズを有する。
【０００７】本発明の１つの目的は、λ／２作動モード
とλ作動モードおよび複数の選択可能な電極を備え、所
望の種々の作動周波数と作動モードを有するように設定
可能である圧電変換素子を提供することである。本発明
の他の目的は、容易に分極され、入力端子と出力端子の
組み合わせを選択することにより種々の作動周波数を有
する圧電変換素子を提供することである。
とλ作動モードおよび複数の選択可能な電極を備え、所
望の種々の作動周波数と作動モードを有するように設定
可能である圧電変換素子を提供することである。本発明
の他の目的は、容易に分極され、入力端子と出力端子の
組み合わせを選択することにより種々の作動周波数を有
する圧電変換素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明により提供される
マルチモード設定可能圧電変換素子において、圧電基板
の第１次元、第２次元および第３次元において、第１次
元が最も長く、第３次元が最も短く、上記の圧電基板
は、第１次元の２つの端部の近くで第１次元に平行に２
つの分極方向を有し、圧電基板の中央部分で第３次元に
平行な少なくとも２つの反対の分極方向を有し、第１次
元に垂直な面を有する２個の端子が、上記の圧電基板上
に、第１次元のそれぞれの端部に形成され、さらに、少
なくとも２つの電極が上記の圧電基板の第１次元に平行
な部分の上に備えられる。
マルチモード設定可能圧電変換素子において、圧電基板
の第１次元、第２次元および第３次元において、第１次
元が最も長く、第３次元が最も短く、上記の圧電基板
は、第１次元の２つの端部の近くで第１次元に平行に２
つの分極方向を有し、圧電基板の中央部分で第３次元に
平行な少なくとも２つの反対の分極方向を有し、第１次
元に垂直な面を有する２個の端子が、上記の圧電基板上
に、第１次元のそれぞれの端部に形成され、さらに、少
なくとも２つの電極が上記の圧電基板の第１次元に平行
な部分の上に備えられる。
【０００９】
【作用】本発明の圧電基板では、複数の作動モードが、
電極の結合状況を変えることにより発生可能である。本
発明では、従来の欠点を解消しつつ、所望の作動モー
ド、たとえばλ／２作動モード、λ作動モード、または
λ／２とλの両作動モード、を自由に選択できる。した
がって、本発明の変換素子は、発振器、フィルタ、変換
手段などに使用するのに適している。
電極の結合状況を変えることにより発生可能である。本
発明では、従来の欠点を解消しつつ、所望の作動モー
ド、たとえばλ／２作動モード、λ作動モード、または
λ／２とλの両作動モード、を自由に選択できる。した
がって、本発明の変換素子は、発振器、フィルタ、変換
手段などに使用するのに適している。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例に
ついて説明する。図１と図２に示すように、本発明によ
る圧電セラミック変換素子１は、直方体の基板２の形状
である。基板２は、第１次元（長さ）、第２次元（幅）
および第３次元（厚さ）を有する。ここに、第１次元が
最も長く、第３次元が最も短い。この直方体の基板２
は、複数の電極を備える。たとえば、電極１１、１２
は、基板の両側の部分１９、２０の端に設けられる。ま
た、２組の対称的な電極１３、１４と１５、１６が、基
板２の中央部分の上部と底部にそれぞれ設けられる。こ
こに、電極１３、１５が上部に設けられ、電極１４、１
６が底部に設けられる。各電極１３、１４、１５、１６
の長さは、基板２の長さの約１／４であり、２個の電極
１３、１５（および１４、１６）の間隔は基板２の厚さ
の約１／２である。
ついて説明する。図１と図２に示すように、本発明によ
る圧電セラミック変換素子１は、直方体の基板２の形状
である。基板２は、第１次元（長さ）、第２次元（幅）
および第３次元（厚さ）を有する。ここに、第１次元が
最も長く、第３次元が最も短い。この直方体の基板２
は、複数の電極を備える。たとえば、電極１１、１２
は、基板の両側の部分１９、２０の端に設けられる。ま
た、２組の対称的な電極１３、１４と１５、１６が、基
板２の中央部分の上部と底部にそれぞれ設けられる。こ
こに、電極１３、１５が上部に設けられ、電極１４、１
６が底部に設けられる。各電極１３、１４、１５、１６
の長さは、基板２の長さの約１／４であり、２個の電極
１３、１５（および１４、１６）の間隔は基板２の厚さ
の約１／２である。
【００１１】図２に示されるように、基板２の中央部分
は、事実上２つの部分に分割される。１つの部分１７
は、１組の電極１３、１４により被覆され、他方の部分
１８は、１組の電極１５、１６により被覆される。両部
分１７、１８は、基板２の面に垂直に分極されるが、そ
れぞれ矢印３、４により示されるように分極方向が反対
である。残りの部分、すなわち、中央部分の左側の部分
１９と中央部分の右側の部分２０は、それぞれ、矢印
５、６により示される方向に縦に（圧電基板２の長手方
向に）分極される。両部分１９、２０の分極方向は、同
じかまたは反対であり、各部分１９、２０の長さは、基
板２の長さの約１／４である。
は、事実上２つの部分に分割される。１つの部分１７
は、１組の電極１３、１４により被覆され、他方の部分
１８は、１組の電極１５、１６により被覆される。両部
分１７、１８は、基板２の面に垂直に分極されるが、そ
れぞれ矢印３、４により示されるように分極方向が反対
である。残りの部分、すなわち、中央部分の左側の部分
１９と中央部分の右側の部分２０は、それぞれ、矢印
５、６により示される方向に縦に（圧電基板２の長手方
向に）分極される。両部分１９、２０の分極方向は、同
じかまたは反対であり、各部分１９、２０の長さは、基
板２の長さの約１／４である。
【００１２】本発明による変換素子１は、電極の結合状
態を変えることにより種々の電圧または電流を供給でき
る。電流または電流の変換利得も、同様に調節可能であ
る。以下に本発明の特徴と機能を説明する。
態を変えることにより種々の電圧または電流を供給でき
る。電流または電流の変換利得も、同様に調節可能であ
る。以下に本発明の特徴と機能を説明する。
【００１３】（Ａ）λ／２モード結合とその周波数−イ
ンピーダンス特性 λ／２作動モードを得るために、変換素子１の圧電基板
２では、図３に示すように、電極１３と電極１６を結合
し、電極１４と電極１５を結合し、この結合から出力電
圧または出力電流が得られる。このため、λ作動モード
が発生不能にされる。そのような結合の周波数−インピ
ーダンス特性は、図４に示される。ここで、インピーダ
ンスの測定範囲は、１００Ωから５０００Ωの範囲であ
り、周波数の測定範囲は２００００．０００Ｈｚから８
００００．０００Ｈｚまでである。図４では、λ／２モ
ードのみが発生可能であり、〇で示した作動位置では、
周波数３２３００．０００Ｈｚであり、インピーダンス
は３２０．４３０Ωであった。
ンピーダンス特性 λ／２作動モードを得るために、変換素子１の圧電基板
２では、図３に示すように、電極１３と電極１６を結合
し、電極１４と電極１５を結合し、この結合から出力電
圧または出力電流が得られる。このため、λ作動モード
が発生不能にされる。そのような結合の周波数−インピ
ーダンス特性は、図４に示される。ここで、インピーダ
ンスの測定範囲は、１００Ωから５０００Ωの範囲であ
り、周波数の測定範囲は２００００．０００Ｈｚから８
００００．０００Ｈｚまでである。図４では、λ／２モ
ードのみが発生可能であり、〇で示した作動位置では、
周波数３２３００．０００Ｈｚであり、インピーダンス
は３２０．４３０Ωであった。
【００１４】（Ｂ）λモード結合とその周波数−インピ
ーダンス特性 λ作動モードを得るために、変換素子１の基板２では、
図５に示すように、電極１３と電極１５を結合し、電極
１４と電極１６を結合する。ここで、結合可能な電極１
３と１５、１４と１６の間に隙間を明ける必要はない。
このため、λ／２作動モードが発生不能にされる。その
ような結合の周波数−インピーダンス特性は、図６に示
される。ここで、インピーダンスの測定範囲は、５００
Ωから５００００Ωの範囲であり、周波数の測定範囲は
２００００．０００Ｈｚから８００００．０００Ｈｚま
でである。図６では、λモードのみが発生可能であり、
〇で示した作動位置では、周波数は６７７００．０００
Ｈｚであり、インピーダンスは９９．２１３７Ωであっ
た。
ーダンス特性 λ作動モードを得るために、変換素子１の基板２では、
図５に示すように、電極１３と電極１５を結合し、電極
１４と電極１６を結合する。ここで、結合可能な電極１
３と１５、１４と１６の間に隙間を明ける必要はない。
このため、λ／２作動モードが発生不能にされる。その
ような結合の周波数−インピーダンス特性は、図６に示
される。ここで、インピーダンスの測定範囲は、５００
Ωから５００００Ωの範囲であり、周波数の測定範囲は
２００００．０００Ｈｚから８００００．０００Ｈｚま
でである。図６では、λモードのみが発生可能であり、
〇で示した作動位置では、周波数は６７７００．０００
Ｈｚであり、インピーダンスは９９．２１３７Ωであっ
た。
【００１５】（Ｃ）λ／２作動モードおよびλ作動モー
ドとその周波数−インピーダンス特性λ／２作動モード
とλ作動モードとを得るために、変換素子１の基板２で
は、図７に示すように、電極１３と電極１４を端子Ａと
Ｂに結合し、この結合から出力電圧または出力電流が得
られる。このため、λ／２作動モードとλ作動モードが
同時に存在する。そのような結合の周波数−インピーダ
ンス特性は、図８に示される。ここで、インピーダンス
の測定範囲は、５００Ωから５００００Ωの範囲であ
り、周波数の測定範囲は２００００．０００Ｈｚから８
００００．０００Ｈｚまでである。〇で示した作動位置
では、周波数は６５３００．０００Ｈｚであり、インピ
ーダンスは５４７．０８７Ωであった。
ドとその周波数−インピーダンス特性λ／２作動モード
とλ作動モードとを得るために、変換素子１の基板２で
は、図７に示すように、電極１３と電極１４を端子Ａと
Ｂに結合し、この結合から出力電圧または出力電流が得
られる。このため、λ／２作動モードとλ作動モードが
同時に存在する。そのような結合の周波数−インピーダ
ンス特性は、図８に示される。ここで、インピーダンス
の測定範囲は、５００Ωから５００００Ωの範囲であ
り、周波数の測定範囲は２００００．０００Ｈｚから８
００００．０００Ｈｚまでである。〇で示した作動位置
では、周波数は６５３００．０００Ｈｚであり、インピ
ーダンスは５４７．０８７Ωであった。
【００１６】以上の説明から分かるように、本発明の圧
電基板２では、複数の作動モードが、電極の結合状況を
変えることにより設定可能である。本発明では、従来の
欠点を解消しつつ、所望の作動モード、すなわちλ／２
作動モード、λ作動モード、またはλ／２とλの両作動
モード、を自由に選択できる。したがって、本発明の変
換素子は、発振器、フィルタ、変換手段などに使用する
のに適している。以下に、この変換素子を理解するため
に、さらに本発明の電子出力特性を説明する。
電基板２では、複数の作動モードが、電極の結合状況を
変えることにより設定可能である。本発明では、従来の
欠点を解消しつつ、所望の作動モード、すなわちλ／２
作動モード、λ作動モード、またはλ／２とλの両作動
モード、を自由に選択できる。したがって、本発明の変
換素子は、発振器、フィルタ、変換手段などに使用する
のに適している。以下に、この変換素子を理解するため
に、さらに本発明の電子出力特性を説明する。
【００１７】（Ｄ）λ／２モード結合とその周波数−イ
ンピーダンス特性 図９に示されるように、圧電基板２での電極の結合にお
いて、電極１３と１６が第１端子Ａに結合され、電極１
４と１５が第２端子Ｂに結合され、電極１１と１２が第
３端子Ｃに結合される。さらに、端子Ａ，Ｂを入力ポー
トとし、端子Ｂ，Ｃを出力ポートとする。そのようにし
て、変換素子のλ作動モードが発生不能にされ、λ／２
作動モードが発生可能にされる。矢印は分極方向を示
す。したがって、変換電圧−周波数特性は、図１０に示
されるようになる。すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対
して、３０．８５０ｋＨｚ（バンド幅１０８．０４Ｈ
ｚ）で２５．６２Ｖの出力が得られた。
ンピーダンス特性 図９に示されるように、圧電基板２での電極の結合にお
いて、電極１３と１６が第１端子Ａに結合され、電極１
４と１５が第２端子Ｂに結合され、電極１１と１２が第
３端子Ｃに結合される。さらに、端子Ａ，Ｂを入力ポー
トとし、端子Ｂ，Ｃを出力ポートとする。そのようにし
て、変換素子のλ作動モードが発生不能にされ、λ／２
作動モードが発生可能にされる。矢印は分極方向を示
す。したがって、変換電圧−周波数特性は、図１０に示
されるようになる。すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対
して、３０．８５０ｋＨｚ（バンド幅１０８．０４Ｈ
ｚ）で２５．６２Ｖの出力が得られた。
【００１８】（Ｅ）λモード結合とその周波数−インピ
ーダンス特性 図１１に示されるように、圧電基板２での電極の結合に
おいて、電極１３と１５が第１端子Ａに結合され、電極
１４と１６が第２端子Ｂに結合され、電極１１が第３端
子Ｃに結合され、電極１２が第４端子Ｄに結合される。
ここで、結合可能な電極１３と１５、１４と１６の間に
隙間を明ける必要はない。さらに、端子Ａ，Ｂを入力ポ
ートとし、端子Ｃ，Ｄを出力ポートとする。そのように
して、変換素子のλ／２作動モードが発生不能にされ、
λ作動モードが発生可能にされる。矢印は分極方向を示
す。したがって、変換電圧−周波数特性は、図１２に示
されるようになる。すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対
して、６１．３３７ｋＨｚ（バンド幅１８３．８９Ｈ
ｚ）で２６．３９Ｖの出力が得られた。
ーダンス特性 図１１に示されるように、圧電基板２での電極の結合に
おいて、電極１３と１５が第１端子Ａに結合され、電極
１４と１６が第２端子Ｂに結合され、電極１１が第３端
子Ｃに結合され、電極１２が第４端子Ｄに結合される。
ここで、結合可能な電極１３と１５、１４と１６の間に
隙間を明ける必要はない。さらに、端子Ａ，Ｂを入力ポ
ートとし、端子Ｃ，Ｄを出力ポートとする。そのように
して、変換素子のλ／２作動モードが発生不能にされ、
λ作動モードが発生可能にされる。矢印は分極方向を示
す。したがって、変換電圧−周波数特性は、図１２に示
されるようになる。すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対
して、６１．３３７ｋＨｚ（バンド幅１８３．８９Ｈ
ｚ）で２６．３９Ｖの出力が得られた。
【００１９】（Ｆ）λ／２作動モードおよびλ作動モー
ドとその周波数−インピーダンス特性 図１３と図１５に示される電極１１〜１６の結合におい
て、λ／２作動モードおよびλ作動モードが変換素子の
作動において同時に存在する。図１３に示されるよう
に、圧電基板２での電極の結合において、電極１３と１
５が第１端子Ａに結合され、電極１４と１６が接地さ
れ、電極１２が第２端子Ｂに結合される。さらに、端子
Ｂを入力ポートとし、端子Ａ，Ｂを出力ポートとする。
矢印は分極方向を示す。この場合、λ／２作動モードお
よびλ作動モードが同時に存在する一方、λ作動モード
での電圧の大きさはλ／２作動モードでの電圧の大きさ
より大きい。図１４は、変換電圧−周波数特性を示す。
すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対して、６６．１５４
ｋＨｚ（バンド幅２０１．８８Ｈｚ）で１２．５３２Ｖ
の出力が得られた。
ドとその周波数−インピーダンス特性 図１３と図１５に示される電極１１〜１６の結合におい
て、λ／２作動モードおよびλ作動モードが変換素子の
作動において同時に存在する。図１３に示されるよう
に、圧電基板２での電極の結合において、電極１３と１
５が第１端子Ａに結合され、電極１４と１６が接地さ
れ、電極１２が第２端子Ｂに結合される。さらに、端子
Ｂを入力ポートとし、端子Ａ，Ｂを出力ポートとする。
矢印は分極方向を示す。この場合、λ／２作動モードお
よびλ作動モードが同時に存在する一方、λ作動モード
での電圧の大きさはλ／２作動モードでの電圧の大きさ
より大きい。図１４は、変換電圧−周波数特性を示す。
すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対して、６６．１５４
ｋＨｚ（バンド幅２０１．８８Ｈｚ）で１２．５３２Ｖ
の出力が得られた。
【００２０】図１５に示されるように、電極の結合にお
いて、電極１４と１５がそれぞれ第２端子Ｂと第１端子
Ａに結合され、電極１２が接地され、さらに、端子Ａを
入力ポートとし、端子Ｂを出力ポートとする。矢印は分
極方向を示す。この場合、λ／２作動モードおよびλ作
動モードが変換素子の作動において同時に存在する一
方、λ／２作動モードでの電圧の大きさはλ作動モード
での電圧の大きさより大きい。図１６は、変換電圧−周
波数特性を示す。すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対し
て、３１．６７０ｋＨｚ（バンド幅１１８．０４Ｈｚ）
で２．３２Ｖの出力が得られた。他にもλ／２作動モー
ドおよびλ作動モードを同時に存在させる多くの電極結
合状態が存在する。しかし、本発明は、電極の結合が主
な特徴ではないので、これ以上の説明はしない。
いて、電極１４と１５がそれぞれ第２端子Ｂと第１端子
Ａに結合され、電極１２が接地され、さらに、端子Ａを
入力ポートとし、端子Ｂを出力ポートとする。矢印は分
極方向を示す。この場合、λ／２作動モードおよびλ作
動モードが変換素子の作動において同時に存在する一
方、λ／２作動モードでの電圧の大きさはλ作動モード
での電圧の大きさより大きい。図１６は、変換電圧−周
波数特性を示す。すなわち、１Ｖrmsの入力電圧に対し
て、３１．６７０ｋＨｚ（バンド幅１１８．０４Ｈｚ）
で２．３２Ｖの出力が得られた。他にもλ／２作動モー
ドおよびλ作動モードを同時に存在させる多くの電極結
合状態が存在する。しかし、本発明は、電極の結合が主
な特徴ではないので、これ以上の説明はしない。
【００２１】以上の説明より明らかなように、本発明の
圧電変換素子は、種々の変換特性および作動モードを備
えるように設定可能である。複数の電極の結合状態を変
えることにより、本発明の変換素子は、複数の入力／出
力の組み合わせを提供する。したがって、本発明は多く
の用途に使用できる。
圧電変換素子は、種々の変換特性および作動モードを備
えるように設定可能である。複数の電極の結合状態を変
えることにより、本発明の変換素子は、複数の入力／出
力の組み合わせを提供する。したがって、本発明は多く
の用途に使用できる。
【００２２】実験結果によれば、同じ寸法の基板に対し
て、本発明において分極に必要な電圧は、従来技術、た
とえば、米国特許第３，７３６，４４６号や同第２，８
３０，２７４号に開示された変換素子において必要な電
圧の１／２だけである。さらに、本発明は、従来技術よ
り高い作動周波数を有するので、作動において発生され
たノイズは、大きく減少される。たとえば、もし基板が
１１０ｍｍ×２５ｍｍ×１．５ｍｍの同じ寸法を有する
ならば、米国特許第２，８３０，２７４号の変換素子の
作動周波数は、１４．６６ｋＨｚであり、人の耳で感じ
られる。これに対し、本発明では、作動周波数は、超音
波領域の２９．０７ｋＨｚであり、人の耳で感じること
がない。したがって、従来技術の低作動周波数と大量の
ノイズの欠点は本発明により克服される。
て、本発明において分極に必要な電圧は、従来技術、た
とえば、米国特許第３，７３６，４４６号や同第２，８
３０，２７４号に開示された変換素子において必要な電
圧の１／２だけである。さらに、本発明は、従来技術よ
り高い作動周波数を有するので、作動において発生され
たノイズは、大きく減少される。たとえば、もし基板が
１１０ｍｍ×２５ｍｍ×１．５ｍｍの同じ寸法を有する
ならば、米国特許第２，８３０，２７４号の変換素子の
作動周波数は、１４．６６ｋＨｚであり、人の耳で感じ
られる。これに対し、本発明では、作動周波数は、超音
波領域の２９．０７ｋＨｚであり、人の耳で感じること
がない。したがって、従来技術の低作動周波数と大量の
ノイズの欠点は本発明により克服される。
【００２３】本発明の基板２の電極は、負荷（Ｍ，Ｒ）
と並列に（図１７参照）または直列に（図１８参照）結
合されるように、または、単一の側面の出力を有するよ
うに（図１９参照）、結合される。図２０と図２１は、
本発明を通常のＲＯＳＥＮ型の圧電変換素子と比較する
図である。図２０は、変換利得（出力電圧ＶOの入力電
圧ＶIに対する比）と負荷インピーダンス（Ｚ）の関係
の図であり、図２１は、出力パワーと負荷インピーダン
ス（Ｚ）の関係の図である。これらの図において、カー
ブＡは、本発明の変換素子が直列に結合されたとき（図
１８）の測定データを表し、カーブＢは、本発明の変換
素子が並列に結合されたとき（図１７）の測定データを
表し、カーブＣは、本発明の変換素子がただ１つの側面
端子を備えるように結合されたとき（図１９）の測定デ
ータを表し、カーブＤは、通常のＲＯＳＥＮ型の変換素
子の測定データを表す。図２０と図２１より明らかに、
本発明の変換素子は、通常の変換素子（カーブＤ）より
もよい変換利得と出力パワーを有する。なお、本発明
は、以上に説明された実施例に限定されず、特許請求の
範囲に記載された発明の範囲内で変化できる。上述の実
施例では、変換素子としてセラミック材料が用いられた
が、本発明は圧電材料の種類には依存しない。また、電
極１１−１６も、適当な電気伝導性材料を用いればよ
い。
と並列に（図１７参照）または直列に（図１８参照）結
合されるように、または、単一の側面の出力を有するよ
うに（図１９参照）、結合される。図２０と図２１は、
本発明を通常のＲＯＳＥＮ型の圧電変換素子と比較する
図である。図２０は、変換利得（出力電圧ＶOの入力電
圧ＶIに対する比）と負荷インピーダンス（Ｚ）の関係
の図であり、図２１は、出力パワーと負荷インピーダン
ス（Ｚ）の関係の図である。これらの図において、カー
ブＡは、本発明の変換素子が直列に結合されたとき（図
１８）の測定データを表し、カーブＢは、本発明の変換
素子が並列に結合されたとき（図１７）の測定データを
表し、カーブＣは、本発明の変換素子がただ１つの側面
端子を備えるように結合されたとき（図１９）の測定デ
ータを表し、カーブＤは、通常のＲＯＳＥＮ型の変換素
子の測定データを表す。図２０と図２１より明らかに、
本発明の変換素子は、通常の変換素子（カーブＤ）より
もよい変換利得と出力パワーを有する。なお、本発明
は、以上に説明された実施例に限定されず、特許請求の
範囲に記載された発明の範囲内で変化できる。上述の実
施例では、変換素子としてセラミック材料が用いられた
が、本発明は圧電材料の種類には依存しない。また、電
極１１−１６も、適当な電気伝導性材料を用いればよ
い。
【００２４】
【発明の効果】本発明の圧電セラミック変換素子は、従
来の圧電セラミック変換素子より高い作動周波数を有す
る。また、従来の圧電セラミック変換素子より大きな出
力パワー効率と小さなノイズ干渉を有する。
来の圧電セラミック変換素子より高い作動周波数を有す
る。また、従来の圧電セラミック変換素子より大きな出
力パワー効率と小さなノイズ干渉を有する。
【図１】 本発明の好ましい実施例の圧電セラミック変
換素子の斜視図である。
換素子の斜視図である。
【図２】 図１の変換素子の分極方向と電極の位置を示
す図式的な図である。
す図式的な図である。
【図３】 図１の変換素子のλ／２作動モードでの結合
を示す１例の図である。
を示す１例の図である。
【図４】 図１の変換素子のλ／２作動モードでの周波
数−インピーダンス特性の図である。
数−インピーダンス特性の図である。
【図５】 図１の変換素子のλ作動モードでの結合を示
す１例の図である。
す１例の図である。
【図６】 図１の変換素子のλ作動モードでの周波数−
インピーダンス特性の図である。
インピーダンス特性の図である。
【図７】 図１の変換素子のλ作動モードとλ／２作動
モードとでの結合を示す１例の図である。
モードとでの結合を示す１例の図である。
【図８】 図１の変換素子のλ作動モードとλ／２作動
モードとでの周波数−インピーダンス特性の図である。
モードとでの周波数−インピーダンス特性の図である。
【図９】 図１の変換素子のλ／２作動モードでの結合
を示す１例の図である。
を示す１例の図である。
【図１０】 図１の変換素子のλ／２作動モードでの周
波数−インピーダンス特性の図である。
波数−インピーダンス特性の図である。
【図１１】 図１の変換素子のλ作動モードでの結合を
示す１例の図である。
示す１例の図である。
【図１２】 図１の変換素子のλ作動モードでの周波数
−インピーダンス特性の図である。
−インピーダンス特性の図である。
【図１３】 図１の変換素子のλ作動モードとλ／２作
動モードとでの結合を示す１例の図である。
動モードとでの結合を示す１例の図である。
【図１４】 図１の変換素子のλ作動モードとλ／２作
動モードとでの周波数−インピーダンス特性の図であ
る。λ振動モードでの電圧強度はより大きな値を有す
る。
動モードとでの周波数−インピーダンス特性の図であ
る。λ振動モードでの電圧強度はより大きな値を有す
る。
【図１５】 図１の変換素子のλ作動モードとλ／２作
動モードとでの結合を示す１例の図である。
動モードとでの結合を示す１例の図である。
【図１６】 図１の変換素子のλ作動モードとλ／２作
動モードとでの周波数−インピーダンス特性の図であ
る。λ／２作動モードでの電圧強度はより大きな値を有
する。
動モードとでの周波数−インピーダンス特性の図であ
る。λ／２作動モードでの電圧強度はより大きな値を有
する。
【図１７】 圧電変換素子が負荷と並列に結合されてい
る他の好ましい実施例の圧電変換素子の図である。
る他の好ましい実施例の圧電変換素子の図である。
【図１８】 圧電変換素子が負荷と直列に結合されてい
る他の好ましい実施例の圧電変換素子の図である。
る他の好ましい実施例の圧電変換素子の図である。
【図１９】 １つの端子出力を有する図１７の圧電変換
素子の結合の図である。
素子の結合の図である。
【図２０】 本発明の図１７の圧電変換素子による種々
の変換素子の出力変換比と負荷インピーダンスの関係の
図である。
の変換素子の出力変換比と負荷インピーダンスの関係の
図である。
【図２１】 本発明の図１７の圧電変換素子による種々
の変換素子の出力パワーと負荷インピーダンスの関係の
図である。
の変換素子の出力パワーと負荷インピーダンスの関係の
図である。
１：圧電セラミック変換素子、 １１、１２、１３、１４、１５、１６：電極、 １７、１８、１９、２０：圧電セラミック変換素子の部
分。
分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン・シ−ユ 台湾タイチュエン、チン−ワ・ロード 156番 (72)発明者 チェン・ユン−ティエン 台湾シンチュ、イェン−ピン・ロード、 セクション１、レイン214、アレイ31、 １番 (72)発明者 リアオ・シュ−フェン 台湾タオユアン、アン−チュエン・スト リート48番 (72)発明者 エ・ウェン−チン 台湾タイペイ、インコ、イン−タオ・ロ ード87番 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/00 - 41/26
Claims (20)
- 【請求項１】 圧電基板を備えたマルチモード設定可能
圧電変換素子において、圧電基板の第１次元、第２次元
および第３次元において、第１次元が最も長く、第３次
元が最も短く、上記の圧電基板は、第１次元の２つの端
部の近くで第１次元に平行に２つの分極方向を有し、圧
電基板の中央部分で第３次元に平行な少なくとも２つの
反対の分極方向を有し、第１次元に垂直な面を有する２
個の端子が、上記の圧電基板上に、第１次元のそれぞれ
の端部に形成され、さらに、少なくとも２つの電極が上
記の圧電基板の第１次元に平行な部分の上に備えられる
マルチモード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項２】 上記の第１次元、第２次元および第３次
元がそれぞれ上記の圧電基板の長さ、幅および厚さであ
ることを特徴とする請求項１に記載されたマルチモード
設定可能圧電変換素子。 - 【請求項３】 上記の圧電基板の上記の２つの端部の一
方に少なくとも１つの電極を設けることを特徴とする請
求項１に記載されたマルチモード設定可能圧電変換素
子。 - 【請求項４】 上記の２つの反対の分極方向は、上記の
第２次元と垂直方向に直交していることを特徴とする請
求項１に記載されたマルチモード設定可能圧電変換素
子。 - 【請求項５】 上記の圧電基板が長方形であることを特
徴とする請求項１に記載されたマルチモード設定可能圧
電変換素子。 - 【請求項６】 上記の圧電基板は、圧電基板の上記の２
つの端部にそれぞれ設けられた２つの電極を備えること
を特徴とする請求項１に記載されたマルチモード設定可
能圧電変換素子。 - 【請求項７】 上記の圧電基板は、圧電基板の上記の中
央部分の上部と底部に設けた２組の複数の中央電極を備
えることを特徴とする請求項３に記載されたマルチモー
ド設定可能圧電変換素子。 - 【請求項８】 上記の圧電基板の中央電極が備えられて
いない部分の長さが圧電基板の長さの実質的に１／２で
あることを特徴とする請求項７に記載されたマルチモー
ド設定可能圧電変換素子。 - 【請求項９】 上記の圧電基板の上部に設けた上記の複
数の中央電極が２組の対称的な実質的に同じ面積の電極
であることを特徴とする請求項７に記載されたマルチモ
ード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項１０】 上記の圧電基板の底部に設けた上記の
複数の中央電極が２組の対称的な実質的に同じ面積の電
極であることを特徴とする請求項７に記載されたマルチ
モード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項１１】 上記の圧電基板が少なくとも６個の電
極を備えることを特徴とする請求項７に記載されたマル
チモード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項１２】 上記の圧電基板の上記の２つの端部で
のそれぞれの分極方向が同一であることを特徴とする請
求項１に記載されたマルチモード設定可能圧電変換素
子。 - 【請求項１３】 上記の圧電基板の上記の２つの端部で
のそれぞれの分極方向が互いに反対であることを特徴と
する請求項１に記載されたマルチモード設定可能圧電変
換素子。 - 【請求項１４】 上記の中央部分の上記の電極の各々の
長さが上記の圧電基板の長さの１／４であることを特徴
とする請求項７に記載されたマルチモード設定可能圧電
変換素子。 - 【請求項１５】 上記の基板の上記の中央部分と上記の
各端部との間の部分の各々の長さがそれぞれ圧電基板の
全長の１／４であることを特徴とする請求項６に記載さ
れたマルチモード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項１６】 上記の圧電基板は、圧電基板の中央部
分の上記の上部と底部に２個の電極を備えることを特徴
とする請求項６に記載されたマルチモード設定可能圧電
変換素子。 - 【請求項１７】 上記の圧電基板の電極が備えられてい
ない上記の部分の長さが圧電基板の長さの実質的に１／
２であることを特徴とする請求項１６に記載されたマル
チモード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項１８】 上記の圧電基板の上部と底部に設けた
上記の２個の電極が２組の対称的な実質的に同じ面積の
電極であることを特徴とする請求項１６に記載されたマ
ルチモード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項１９】 上記の圧電基板が少なくとも６個の電
極を備えることを特徴とする請求項１６に記載されたマ
ルチモード設定可能圧電変換素子。 - 【請求項２０】 上記の中央電極の各々の長さが上記の
圧電基板の長さの１／４であることを特徴とする請求項
１６に記載されたマルチモード設定可能圧電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159533A JP3020769B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | マルチモード設定可能圧電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159533A JP3020769B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | マルチモード設定可能圧電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774405A JPH0774405A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3020769B2 true JP3020769B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=15695852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159533A Expired - Fee Related JP3020769B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | マルチモード設定可能圧電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3020769B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0720246B1 (en) * | 1994-12-30 | 2000-05-10 | Mitsui Chemicals, Inc. | Piezoelectric transformer |
| US5929554A (en) * | 1994-12-30 | 1999-07-27 | Mitsui Chemicals, Inc. | Piezoelectric transformer |
| JP3119154B2 (ja) * | 1995-07-06 | 2000-12-18 | 日立金属株式会社 | 圧電トランス及びそれを用いた電力変換装置 |
| DE69700685T2 (de) * | 1996-01-30 | 2000-03-09 | Tokin Corp | Piezoelektrischer transformator |
| TW420883B (en) * | 1996-02-08 | 2001-02-01 | Tokin Corp | A piezoelectric transformer |
| US6084336A (en) * | 1997-09-17 | 2000-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric transformer |
| US6812623B2 (en) | 2001-09-28 | 2004-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric transformer |
| JP2007173297A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Sharp Corp | 圧電トランス及びその製造方法 |
| JP5600431B2 (ja) * | 2009-12-28 | 2014-10-01 | 日本碍子株式会社 | 障害物の超音波検知デバイス |
| JP5736774B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2015-06-17 | 株式会社大真空 | 帯域阻止フィルタ |
| JP6724502B2 (ja) * | 2016-04-06 | 2020-07-15 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波装置 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5159533A patent/JP3020769B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0774405A (ja) | 1995-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5504384A (en) | Multi-mode adjustable piezoelectric transformer | |
| JP3020769B2 (ja) | マルチモード設定可能圧電変換素子 | |
| US5371430A (en) | Piezoelectric transformer producing an output A.C. voltage with reduced distortion | |
| JPH07193293A (ja) | 圧電トランスおよびその駆動方法 | |
| US5311096A (en) | KT cut width-extensional mode quartz crystal resonator | |
| US6667566B2 (en) | Piezoelectric transformer for fluorescent lamp | |
| US5424602A (en) | Piezoelectric transformer showing a reduced input impedance and step-up/step-down operation for a wide range of load resistance | |
| JPH0983034A (ja) | 圧電トランス | |
| JPH10154920A (ja) | ラダー型フィルタ | |
| JPS5835404B2 (ja) | 弾性表面波パラメトリック装置 | |
| JPH0590894A (ja) | 圧電フイルタ | |
| KR840006890A (ko) | 트랩형 에너지 공진기 | |
| JP2002299998A (ja) | 圧電振動素子および圧電フィルタ | |
| JPH07336184A (ja) | エネルギー閉じ込め型圧電共振子 | |
| US6573638B1 (en) | Piezoelectric ceramic transformer and driving method therefor | |
| JPS58131810A (ja) | 弾性表面波装置 | |
| JP3616930B2 (ja) | 圧電トランス及びその制動容量値の調整方法 | |
| JPS639673B2 (ja) | ||
| JPH04259109A (ja) | ２ポートｓａｗ共振子 | |
| JP4356098B2 (ja) | 圧電信号変換装置 | |
| JPS6145404B2 (ja) | ||
| JP3343798B2 (ja) | 圧電トランス | |
| JPH09116203A (ja) | 圧電トランス | |
| JPH10270767A (ja) | 圧電トランス | |
| JPS60114010A (ja) | 弾性表面波共振子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100114 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110114 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120114 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |