JP3404512B2 - 圧電磁器トランスとその製造方法並びにその駆動方法 - Google Patents
圧電磁器トランスとその製造方法並びにその駆動方法Info
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- JP3404512B2 JP3404512B2 JP08045098A JP8045098A JP3404512B2 JP 3404512 B2 JP3404512 B2 JP 3404512B2 JP 08045098 A JP08045098 A JP 08045098A JP 8045098 A JP8045098 A JP 8045098A JP 3404512 B2 JP3404512 B2 JP 3404512B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、圧電性材料を用
いて入力電圧を高電圧に変換するもので、冷陰極管点灯
用高圧電源、電子集塵器用高圧電源、テレビ用高圧電源
等に用いられる圧電磁器トランスとその製造方法並びに
その駆動方法に関する。
いて入力電圧を高電圧に変換するもので、冷陰極管点灯
用高圧電源、電子集塵器用高圧電源、テレビ用高圧電源
等に用いられる圧電磁器トランスとその製造方法並びに
その駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、圧電磁器トランスが電子機器のト
ランスとして注目されている。これは、マルチメディア
機器、携帯端末などが普及し、これらの機器が構成素子
の小型化・薄型化を要求していることによる。この圧電
磁器トランスは、「巻線が無いため小型化・薄型化が容
易であること」、「セラミックスであるため不燃化が図
れること」、「巻線が存在せず、また、共振状態で使用
されるため、電磁誘導によるノイズが少ないこと」、
「高電圧を発生させるトランスとしては変換効率が高い
こと」等の数々の特長を持つ。さらに、電磁トランスで
は損失が増大して実用に適さない高周波領域でトランス
の駆動を行った場合でも、損失の増加が生じず、また、
駆動周波数に比例して、体積当たりの電送可能な電力密
度が増加するといった長所をもっている。
ランスとして注目されている。これは、マルチメディア
機器、携帯端末などが普及し、これらの機器が構成素子
の小型化・薄型化を要求していることによる。この圧電
磁器トランスは、「巻線が無いため小型化・薄型化が容
易であること」、「セラミックスであるため不燃化が図
れること」、「巻線が存在せず、また、共振状態で使用
されるため、電磁誘導によるノイズが少ないこと」、
「高電圧を発生させるトランスとしては変換効率が高い
こと」等の数々の特長を持つ。さらに、電磁トランスで
は損失が増大して実用に適さない高周波領域でトランス
の駆動を行った場合でも、損失の増加が生じず、また、
駆動周波数に比例して、体積当たりの電送可能な電力密
度が増加するといった長所をもっている。
【0003】ここで、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磁器トランスの構造を図8を基に
して説明する。ローゼン型圧電磁器トランスでは、圧電
磁器板1の上面の半分に電極11が形成され、圧電磁器
板1の下面の半分に、電極11と対向するように電極2
1が形成されている。また、圧電磁器板1の電極11お
よび電極21が形成されていない一側面には、電極12
が形成されている。また、回路に接続する端子31は電
極11に、端子32は電極21に、端子41は電極12
に接続されている。そして、圧電磁器板1の電極11,
21が位置した領域a部分は図中矢印のように圧電磁器
板1の厚み方向に分極されており、電極11と電極21
間は、低インピーダンス部が形成されている。また、圧
電磁器板1のbで示される部分は、図中矢印のように圧
電磁器板1の面方向に分極されており、電極21と電極
12の間では、高インピーダンス部が形成されている。
であるローゼン型圧電磁器トランスの構造を図8を基に
して説明する。ローゼン型圧電磁器トランスでは、圧電
磁器板1の上面の半分に電極11が形成され、圧電磁器
板1の下面の半分に、電極11と対向するように電極2
1が形成されている。また、圧電磁器板1の電極11お
よび電極21が形成されていない一側面には、電極12
が形成されている。また、回路に接続する端子31は電
極11に、端子32は電極21に、端子41は電極12
に接続されている。そして、圧電磁器板1の電極11,
21が位置した領域a部分は図中矢印のように圧電磁器
板1の厚み方向に分極されており、電極11と電極21
間は、低インピーダンス部が形成されている。また、圧
電磁器板1のbで示される部分は、図中矢印のように圧
電磁器板1の面方向に分極されており、電極21と電極
12の間では、高インピーダンス部が形成されている。
【0004】このローゼン型圧電磁器トランスから高電
圧を取り出す場合、aで示す低インピーダンス部を入力
部として用い、bに示す高インピーダンス部を出力部と
して用いる。このローゼン型圧電磁器トランスの動作原
理は、入力部の電極11と21の間に交流電圧が印加さ
れると、入力部aでは電気機械結合係数k31をもって
横効果(31)振動モードにより長さ縦振動が励振さ
れ、この振動により圧電磁器板1全体が振動させられ
る。出力部bでは電気機械結合係数k33をもって縦効
果(33)振動モードにより交流電圧が発生し、出力部
を構成する電極12,21の間から交流電圧が取り出さ
れる。この時の、ローゼン型圧電磁器トランスの入力電
圧と出力電圧の関係は式(1)で与えられることが知ら
れている。
圧を取り出す場合、aで示す低インピーダンス部を入力
部として用い、bに示す高インピーダンス部を出力部と
して用いる。このローゼン型圧電磁器トランスの動作原
理は、入力部の電極11と21の間に交流電圧が印加さ
れると、入力部aでは電気機械結合係数k31をもって
横効果(31)振動モードにより長さ縦振動が励振さ
れ、この振動により圧電磁器板1全体が振動させられ
る。出力部bでは電気機械結合係数k33をもって縦効
果(33)振動モードにより交流電圧が発生し、出力部
を構成する電極12,21の間から交流電圧が取り出さ
れる。この時の、ローゼン型圧電磁器トランスの入力電
圧と出力電圧の関係は式(1)で与えられることが知ら
れている。
【0005】
Vout/Vin∝k31・k33・Qm・L/t (1)
Vout:出力電圧
Vin:入力電圧
k31:横効果(31)振動モードの電気機械結合係数
k33:縦効果(33)振動モードの電気機械結合係数
Qm:機械的品質係数
L:出力部の分極方向長さ
t:圧電磁器トランスの厚み
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ここで、ローゼン型圧
電磁器トランスで用いられる長さ縦振動の共振周波数
は、ローゼン型圧電磁器トランスの長さに反比例する。
このため、高周波帯域で駆動を行おうとすると、ローゼ
ン型圧電磁器トランスの長さを短くすることが必要とな
る。一方、トランスから取り出すことのできる電力は、
トランスの大きさに比例する。そのため、高周波帯域で
駆動を行い、且つ大電力を電送しようとすると、ローゼ
ン型圧電磁器トランスの長さを短くして、幅方向を広く
する方法が考えられる。しかし、電気機械結合係数k
31、k33には形状依存性があり、幅/長さの値が
0.3以上になるとk31、k33の値が低下しはじめ
るため、幅をむやみに広くすることはできず、実用的な
適用周波数は最高でも200KHz程度までであった。
電磁器トランスで用いられる長さ縦振動の共振周波数
は、ローゼン型圧電磁器トランスの長さに反比例する。
このため、高周波帯域で駆動を行おうとすると、ローゼ
ン型圧電磁器トランスの長さを短くすることが必要とな
る。一方、トランスから取り出すことのできる電力は、
トランスの大きさに比例する。そのため、高周波帯域で
駆動を行い、且つ大電力を電送しようとすると、ローゼ
ン型圧電磁器トランスの長さを短くして、幅方向を広く
する方法が考えられる。しかし、電気機械結合係数k
31、k33には形状依存性があり、幅/長さの値が
0.3以上になるとk31、k33の値が低下しはじめ
るため、幅をむやみに広くすることはできず、実用的な
適用周波数は最高でも200KHz程度までであった。
【0007】以上より、ローゼン型圧電磁器トランスで
は、高周波帯域における駆動と大電力の電送という互い
に相反する機能を両立させることが困難であった。さら
に、チタン酸ジルコン酸鉛等の一般的な圧電磁器材料で
は、厚みすべり(15)振動モードの電気機械結合係数
k15>縦効果(33)振動モードの電気機械結合係数
k33>横効果(31)振動モードの電気機械結合係数
k31であり、ローゼン型圧電磁器トランスでは、最も
電気機械結合係数の小さな振動モードを用いざるを得な
いため、電気エネルギーが機械振動エネルギーに変換さ
れる効率が悪く、従って、トランスとしての効率も悪い
という欠点があった。
は、高周波帯域における駆動と大電力の電送という互い
に相反する機能を両立させることが困難であった。さら
に、チタン酸ジルコン酸鉛等の一般的な圧電磁器材料で
は、厚みすべり(15)振動モードの電気機械結合係数
k15>縦効果(33)振動モードの電気機械結合係数
k33>横効果(31)振動モードの電気機械結合係数
k31であり、ローゼン型圧電磁器トランスでは、最も
電気機械結合係数の小さな振動モードを用いざるを得な
いため、電気エネルギーが機械振動エネルギーに変換さ
れる効率が悪く、従って、トランスとしての効率も悪い
という欠点があった。
【0008】この発明は、圧電磁器トランスの大型化に
より大電力電送が可能であり、かつ数百kHz〜数MH
z以上の高周波帯で使用することが可能な圧電磁器トラ
ンスとその製造方法並びにその駆動方法を提供すること
を目的とする。
より大電力電送が可能であり、かつ数百kHz〜数MH
z以上の高周波帯で使用することが可能な圧電磁器トラ
ンスとその製造方法並びにその駆動方法を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明の圧電磁器トラ
ンスは、圧電磁器板と、1対または複数対の入力電極対
と、1対または複数対の出力電極対とを有し、前記圧電
磁器板は板状に形成され、その板の厚み方向と垂直方向
に一様に分極されており、前記入力電極対は、前記圧電
磁器板の上面と下面の対向する位置に設置されており、
前記出力電極対は、前記圧電磁器板の上面または下面も
しくは両面の前記入力電極の側方で、前記圧電磁器板の
上面と下面の少なくとも一方の同一面上で一対の出力を
形成し、前記入力電極と平行になるように並べて設置さ
れている。
ンスは、圧電磁器板と、1対または複数対の入力電極対
と、1対または複数対の出力電極対とを有し、前記圧電
磁器板は板状に形成され、その板の厚み方向と垂直方向
に一様に分極されており、前記入力電極対は、前記圧電
磁器板の上面と下面の対向する位置に設置されており、
前記出力電極対は、前記圧電磁器板の上面または下面も
しくは両面の前記入力電極の側方で、前記圧電磁器板の
上面と下面の少なくとも一方の同一面上で一対の出力を
形成し、前記入力電極と平行になるように並べて設置さ
れている。
【0010】そして、前記入力電極対に前記圧電磁器板
の厚みすべり(15)振動モードの共振周波数近傍の周
波数の交流電圧を印加することで、厚みすべり(15)
振動モードの圧電逆効果によって前記圧電磁器板に振動
を励振させ、前記振動を前記圧電磁器板の縦効果(3
3)振動モードの圧電効果によって前記出力電極対から
交流電圧を出力させるものである。
の厚みすべり(15)振動モードの共振周波数近傍の周
波数の交流電圧を印加することで、厚みすべり(15)
振動モードの圧電逆効果によって前記圧電磁器板に振動
を励振させ、前記振動を前記圧電磁器板の縦効果(3
3)振動モードの圧電効果によって前記出力電極対から
交流電圧を出力させるものである。
【0011】またこの発明の圧電磁器トランスの製造方
法は、入力電極対と、出力電極対とを有し、板状に形成
された前記圧電磁器板を厚み方向と垂直方向に一様に分
極させ、前記入力電極対を、前記圧電磁器板の上面と下
面の対向する位置に形成するとともに、前記出力電極対
を、前記圧電磁器板の上面もしくは下面の前記入力電極
の側方で、前記圧電磁器板の上面と下面の少なくとも一
方の同一面上で一対の出力を形成するとともに、前記入
力電極と平行になるように形成するものである。そし
て、前記入力電極対に、前記圧電磁器板の厚みすべり
(15)振動モードの共振周波数近傍の周波数の交流電
圧を印加可能にし、厚みすべり(15)振動モードの圧
電逆効果によって前記圧電磁器板に振動を励振可能にす
るものである。
法は、入力電極対と、出力電極対とを有し、板状に形成
された前記圧電磁器板を厚み方向と垂直方向に一様に分
極させ、前記入力電極対を、前記圧電磁器板の上面と下
面の対向する位置に形成するとともに、前記出力電極対
を、前記圧電磁器板の上面もしくは下面の前記入力電極
の側方で、前記圧電磁器板の上面と下面の少なくとも一
方の同一面上で一対の出力を形成するとともに、前記入
力電極と平行になるように形成するものである。そし
て、前記入力電極対に、前記圧電磁器板の厚みすべり
(15)振動モードの共振周波数近傍の周波数の交流電
圧を印加可能にし、厚みすべり(15)振動モードの圧
電逆効果によって前記圧電磁器板に振動を励振可能にす
るものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面に基づいて説明する。図1〜図4ははこの発明
の圧電磁器トランスの実施形態を示す。ここでは、入力
電極対を2対と出力電極対を2対設置したものを示す。
いて図面に基づいて説明する。図1〜図4ははこの発明
の圧電磁器トランスの実施形態を示す。ここでは、入力
電極対を2対と出力電極対を2対設置したものを示す。
【0013】まず、圧電磁器板1は図中矢印で示される
ように板厚方向に対して垂直な方向に分極されている。
圧電磁器板1の上面には、2個の入力電極111,11
4が圧電磁器板1の分極方向の始端と終端に設置され、
圧電磁器板1の下面には、入力電極111,114と対
向する位置に、入力電極121,124が設置されてい
る。入力電極111,121は1組の入力電極対を構成
し、また、入力電極114,124はもう一組の入力電
極対を構成している。
ように板厚方向に対して垂直な方向に分極されている。
圧電磁器板1の上面には、2個の入力電極111,11
4が圧電磁器板1の分極方向の始端と終端に設置され、
圧電磁器板1の下面には、入力電極111,114と対
向する位置に、入力電極121,124が設置されてい
る。入力電極111,121は1組の入力電極対を構成
し、また、入力電極114,124はもう一組の入力電
極対を構成している。
【0014】また、圧電磁器板1の上面には一対の出力
電極112,113が、入力電極111,114の内側
でその入力電極111,114と平行に並べて設置され
ており、上面の出力電極112,113と対向する位置
には、もう1対の出力電極122,123が設置されて
いる。入力電極111,114,121,124の各幅
は、出力が所望の電力となるように設定する。
電極112,113が、入力電極111,114の内側
でその入力電極111,114と平行に並べて設置され
ており、上面の出力電極112,113と対向する位置
には、もう1対の出力電極122,123が設置されて
いる。入力電極111,114,121,124の各幅
は、出力が所望の電力となるように設定する。
【0015】この実施形態の圧電磁器トランスの電極と
端子の結線方法を、図2に示す。入力電極111,12
4は入力端子131に、入力電極114,121は入力
端子132に接続されている。出力電極112は、出力
端子141に、出力電極113は出力端子142に、出
力電極122は出力端子151に、出力電極123は出
力端子152にそれぞれ接続されている。また、出力端
子141,142、および出力端子151,152を、
それぞれ1対の出力としている。
端子の結線方法を、図2に示す。入力電極111,12
4は入力端子131に、入力電極114,121は入力
端子132に接続されている。出力電極112は、出力
端子141に、出力電極113は出力端子142に、出
力電極122は出力端子151に、出力電極123は出
力端子152にそれぞれ接続されている。また、出力端
子141,142、および出力端子151,152を、
それぞれ1対の出力としている。
【0016】なお、この実施形態では、2組の入力電極
対と2組の出力電極対を備えているが、入力電極対と出
力電極対がそれぞれ1組ずつ、入力電極対が1組と出力
電極対が2組、入力電極対が2組と出力電極対が1組と
いう組み合わせで使用しても良い。
対と2組の出力電極対を備えているが、入力電極対と出
力電極対がそれぞれ1組ずつ、入力電極対が1組と出力
電極対が2組、入力電極対が2組と出力電極対が1組と
いう組み合わせで使用しても良い。
【0017】次に、この実施形態の圧電磁器トランスの
入力端子131,132の間に圧電磁器板1の厚みすべ
り(15)振動モードの共振周波数近傍の周波数の交流
電圧を印加した場合の動作作用を、以下に説明する。先
ず、図3のA点の交流電圧−Vが印加された時点で、図
4(A)に示すように、一方の1対の入力電極111,
121と他方の1対の入力電極114,124間の圧電
磁器板1の領域d,eには、厚みすべり(15)振動モ
ードの応力F1、F2、F3およびF4が各電極11
1,114,121,124側で発生する。このとき、
図4(A)のように、圧電磁器板1の上面の入力電極1
11,114間の領域cには、圧縮方向に力が作用し、
領域cの下面の入力電極121,124間には、伸長方
向の力が作用する。これにより、図4(A)に示すよう
に、圧電磁器板1の領域cには、上面側が圧縮し、下面
側が伸長する変位が生じる。
入力端子131,132の間に圧電磁器板1の厚みすべ
り(15)振動モードの共振周波数近傍の周波数の交流
電圧を印加した場合の動作作用を、以下に説明する。先
ず、図3のA点の交流電圧−Vが印加された時点で、図
4(A)に示すように、一方の1対の入力電極111,
121と他方の1対の入力電極114,124間の圧電
磁器板1の領域d,eには、厚みすべり(15)振動モ
ードの応力F1、F2、F3およびF4が各電極11
1,114,121,124側で発生する。このとき、
図4(A)のように、圧電磁器板1の上面の入力電極1
11,114間の領域cには、圧縮方向に力が作用し、
領域cの下面の入力電極121,124間には、伸長方
向の力が作用する。これにより、図4(A)に示すよう
に、圧電磁器板1の領域cには、上面側が圧縮し、下面
側が伸長する変位が生じる。
【0018】これにより、1対の出力電極112,11
3が圧電磁器板1の上面の領域cの両端部に設置されて
いるため、圧縮の縦効果(33)振動モードによって出
力電圧を発生し、もう1対の出力電極122,123
は、領域cの下面に設置されているため、伸長の縦効果
(33)振動モードにより出力電圧が発生する。この
時、上面の出力電極112,113の対と下面の出力電
極122,123の対では、それぞれ逆の極性を持つ電
圧が発生する。
3が圧電磁器板1の上面の領域cの両端部に設置されて
いるため、圧縮の縦効果(33)振動モードによって出
力電圧を発生し、もう1対の出力電極122,123
は、領域cの下面に設置されているため、伸長の縦効果
(33)振動モードにより出力電圧が発生する。この
時、上面の出力電極112,113の対と下面の出力電
極122,123の対では、それぞれ逆の極性を持つ電
圧が発生する。
【0019】次に、図3のB点の交流電圧0Vの時点で
は、図4(B)に示すように、圧電磁器板1には応力が
発生せず、上面側も下面側も変位しなくなる。
は、図4(B)に示すように、圧電磁器板1には応力が
発生せず、上面側も下面側も変位しなくなる。
【0020】さらに、図3のC点の交流電圧+Vが圧電
磁器板1の入力電極111,121間及び入力電極11
4,124間に印加された時点では、図4(C)に示す
ように、一方の対の入力電極111,121と他方の対
の入力電極114,124間の圧電磁器板1の領域d,
eには、厚みすべり(15)振動モードの応力F1’,
F2’,F3’およびF4’が各電極111,114,
121,124側で発生し、図4(C)のように、図4
(A)とは逆の方向に圧電磁器板1の上面側および下面
側が変位する。このため、それぞれの出力電極112,
113,122,123の各対からは図4(A)とは逆
の電圧が発生する。
磁器板1の入力電極111,121間及び入力電極11
4,124間に印加された時点では、図4(C)に示す
ように、一方の対の入力電極111,121と他方の対
の入力電極114,124間の圧電磁器板1の領域d,
eには、厚みすべり(15)振動モードの応力F1’,
F2’,F3’およびF4’が各電極111,114,
121,124側で発生し、図4(C)のように、図4
(A)とは逆の方向に圧電磁器板1の上面側および下面
側が変位する。このため、それぞれの出力電極112,
113,122,123の各対からは図4(A)とは逆
の電圧が発生する。
【0021】この実施形態の圧電磁器トランスは、入力
電極111,114,121,124では交流電圧から
機械振動への変換に電気機械結合係数の中で最も大きな
厚みすべり(15)振動モードの電気機械結合係数k
15を用い、出力電極112,113,122,123
では機械振動から交流電圧への変換に厚みすべり(1
5)振動モードの次に大きな値を持つ縦効果(33)振
動モードの電気機械結合係数k33を用いているため、
従来のローゼン型圧電磁器トランスよりも効率良くエネ
ルギー電送を行うことを可能としている。
電極111,114,121,124では交流電圧から
機械振動への変換に電気機械結合係数の中で最も大きな
厚みすべり(15)振動モードの電気機械結合係数k
15を用い、出力電極112,113,122,123
では機械振動から交流電圧への変換に厚みすべり(1
5)振動モードの次に大きな値を持つ縦効果(33)振
動モードの電気機械結合係数k33を用いているため、
従来のローゼン型圧電磁器トランスよりも効率良くエネ
ルギー電送を行うことを可能としている。
【0022】この実施形態の圧電磁器トランスを駆動す
るために用いられる厚みすべり(15)振動モードの共
振周波数は、式(2)で与えられる。
るために用いられる厚みすべり(15)振動モードの共
振周波数は、式(2)で与えられる。
【0023】
fp={1/(2・t)}・(CD 44/ρ)1/2 (2)
fp:厚みすべり(15)振動モードの共振周波数
ρ :圧電磁器板の密度
CD 44:弾性定数
t :圧電磁器板厚さ
式(2)によれば、圧電磁器トランスの厚みすべり(1
5)振動モードの共振周波数は、圧電磁器板の長さや幅
の大きさには依存せず、唯一厚みだけに依存する。この
ため、厚みすべり(15)振動モードで駆動されるこの
発明の圧電磁器トランスで大電力を取り出す場合には、
単に長さや幅を大きくすれば良く、この場合において
も、従来のローゼン型圧電磁器トランスのように共振周
波数が低下してしまうといった現象が見られない。
5)振動モードの共振周波数は、圧電磁器板の長さや幅
の大きさには依存せず、唯一厚みだけに依存する。この
ため、厚みすべり(15)振動モードで駆動されるこの
発明の圧電磁器トランスで大電力を取り出す場合には、
単に長さや幅を大きくすれば良く、この場合において
も、従来のローゼン型圧電磁器トランスのように共振周
波数が低下してしまうといった現象が見られない。
【0024】この実施形態の圧電磁器トランスでは、従
来のローゼン型圧電磁器トランスでは困難であった、高
周波帯域での駆動と大電力の取り出しを両立させること
が可能である。
来のローゼン型圧電磁器トランスでは困難であった、高
周波帯域での駆動と大電力の取り出しを両立させること
が可能である。
【0025】
【実施例】以下、この発明の圧電磁器トランスとして、
図1に示す圧電磁器トランスの一実施例について説明す
る。この実施例の圧電磁器板1の材料には、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PbTiO3−PbZrO3)系圧電磁器
材料を用いた。ただし、この圧電磁器材料は、チタン酸
ジルコン酸鉛系圧電磁器材料に限定する必要はなく、厚
みすべり(15)振動モードの電気機械結合係数k15
のおよび縦効果(33)振動モードの電気機械結合係数
k33の値が大きなものが好ましく、上記以外の他の材
料を用いてもかまわない。例えば、チタン酸バリウム等
も用いることができる。
図1に示す圧電磁器トランスの一実施例について説明す
る。この実施例の圧電磁器板1の材料には、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PbTiO3−PbZrO3)系圧電磁器
材料を用いた。ただし、この圧電磁器材料は、チタン酸
ジルコン酸鉛系圧電磁器材料に限定する必要はなく、厚
みすべり(15)振動モードの電気機械結合係数k15
のおよび縦効果(33)振動モードの電気機械結合係数
k33の値が大きなものが好ましく、上記以外の他の材
料を用いてもかまわない。例えば、チタン酸バリウム等
も用いることができる。
【0026】この実施例の圧電磁器トランスの製造方法
は、まず、圧電磁器材料粉末にバインダーを混合し、直
径40mm、厚さ3mmの大きさにプレス成形を行っ
た。プレス成形された圧電磁器材料粉末を600℃、1
時間(昇温速度100℃/1時間)で脱バインダー処理
を行った後、1200℃、2時間で焼成を行った。焼成
された圧電磁器板を切断および研磨し、長さ12mm、
幅10mm、厚さ2mmの圧電磁器板1を形成した。こ
こでは、圧電磁器板1は圧電磁器材料粉末をプレス成形
・焼成を行うことで作製したが、この方法に限らず、例
えば、ドクターブレード法等を用いて、圧電磁器材料の
グリーンシートを形成し焼成を行う方法で圧電磁器板を
作製してもかまわない。
は、まず、圧電磁器材料粉末にバインダーを混合し、直
径40mm、厚さ3mmの大きさにプレス成形を行っ
た。プレス成形された圧電磁器材料粉末を600℃、1
時間(昇温速度100℃/1時間)で脱バインダー処理
を行った後、1200℃、2時間で焼成を行った。焼成
された圧電磁器板を切断および研磨し、長さ12mm、
幅10mm、厚さ2mmの圧電磁器板1を形成した。こ
こでは、圧電磁器板1は圧電磁器材料粉末をプレス成形
・焼成を行うことで作製したが、この方法に限らず、例
えば、ドクターブレード法等を用いて、圧電磁器材料の
グリーンシートを形成し焼成を行う方法で圧電磁器板を
作製してもかまわない。
【0027】次に、圧電磁器板1の長手方向の両端部の
側面に、Ag−ガラス系の導電性ペーストを塗布した
後、焼成を行い、Ag電極を焼き付けた。そして、この
Ag電極を焼き付けた圧電磁器板を120℃の絶縁油に
浸し、28kV(約2.8kV/mm)の電圧をAg電
極に加えることで、圧電磁器板の板の厚み方向と垂直方
向に一様に分極させる分極処理を施した。分極処理後、
長手方向の両側面に焼き付けたAg電極を研磨し、除去
した。なお、ここではAg−ガラス系の導電性ペースト
を用いて圧電磁器板1の対向する側面に電極を形成した
が、Agペーストに限定されること無く、導電性材料で
あれば電極形成には何を用いてもかまわない。
側面に、Ag−ガラス系の導電性ペーストを塗布した
後、焼成を行い、Ag電極を焼き付けた。そして、この
Ag電極を焼き付けた圧電磁器板を120℃の絶縁油に
浸し、28kV(約2.8kV/mm)の電圧をAg電
極に加えることで、圧電磁器板の板の厚み方向と垂直方
向に一様に分極させる分極処理を施した。分極処理後、
長手方向の両側面に焼き付けたAg電極を研磨し、除去
した。なお、ここではAg−ガラス系の導電性ペースト
を用いて圧電磁器板1の対向する側面に電極を形成した
が、Agペーストに限定されること無く、導電性材料で
あれば電極形成には何を用いてもかまわない。
【0028】この後、スパッタ法を用いて、圧電磁器板
1の上面および下面にAu薄膜の電極を形成した。電極
は、図1に示したように、圧電磁器板1の上面には、電
極111〜114を、下面に電極121〜124を形成
した。
1の上面および下面にAu薄膜の電極を形成した。電極
は、図1に示したように、圧電磁器板1の上面には、電
極111〜114を、下面に電極121〜124を形成
した。
【0029】なお今回は、電極にAu薄膜をスパッタ法
を用いて形成したが、Au薄膜に限定されること無く、
導電性材料であれば他の金属薄膜や、導電性塗料でも良
く、電極形成には何を用いてもかまわない。
を用いて形成したが、Au薄膜に限定されること無く、
導電性材料であれば他の金属薄膜や、導電性塗料でも良
く、電極形成には何を用いてもかまわない。
【0030】この実施例の圧電磁器トランスの使用方法
は、図2に示す様に、電極111,124に入力端子1
32を、電極114,121に入力端子131を接続
し、また、電極112を出力端子141に、電極113
を出力端子142に、電極122を出力端子151に、
電極123を出力端子152にそれぞれ接続する。
は、図2に示す様に、電極111,124に入力端子1
32を、電極114,121に入力端子131を接続
し、また、電極112を出力端子141に、電極113
を出力端子142に、電極122を出力端子151に、
電極123を出力端子152にそれぞれ接続する。
【0031】そして、この実施例の圧電磁器トランスの
入力端子131,132の間でインピーダンスの周波数
特性を測定したところ、約530kHzで厚みすべり
(15)振動モードの共振が測定された。
入力端子131,132の間でインピーダンスの周波数
特性を測定したところ、約530kHzで厚みすべり
(15)振動モードの共振が測定された。
【0032】この実施例の圧電磁器トランスの動作を確
認するために、図5に示すように、この圧電磁器トラン
スの入力端子131,132の間に約530kHz、5
Vp−pの交流電圧(正弦波)を入力し、出力端子14
1,142の間に10kΩの負荷抵抗51を接続し、同
じく、出力端子151,152の間にも10kΩの負荷
抵抗52を接続し、負荷抵抗51,52の両端に発生す
る電圧をオシロスコープで測定した。その結果、図6に
示した様に、ほぼ、同じ値で逆の極性の電圧波形61,
62が得られた。
認するために、図5に示すように、この圧電磁器トラン
スの入力端子131,132の間に約530kHz、5
Vp−pの交流電圧(正弦波)を入力し、出力端子14
1,142の間に10kΩの負荷抵抗51を接続し、同
じく、出力端子151,152の間にも10kΩの負荷
抵抗52を接続し、負荷抵抗51,52の両端に発生す
る電圧をオシロスコープで測定した。その結果、図6に
示した様に、ほぼ、同じ値で逆の極性の電圧波形61,
62が得られた。
【0033】さらに、この実施例の圧電磁器トランスの
入力端子131,132の間に約530kHz、4.5
Vp−pの交流電圧(正弦波)を入力し、出力端子14
1,142の間に負荷抵抗を接続し、前記負荷抵抗を可
変させて、出力電圧を測定したところ、図7に示したよ
うな、出力電圧および出力電力の負荷抵抗に対する特性
が得られた。また、この圧電磁器トランスの入力端子1
31,132の間に約530kHz、37.6Vp−p
の交流電圧(正弦波)を入力し、出力端子141,14
2の間に15kΩ負荷抵抗を接続したところ、328V
p−pの出力電圧が得られ、この時の出力電力は0.9
0Wであった。
入力端子131,132の間に約530kHz、4.5
Vp−pの交流電圧(正弦波)を入力し、出力端子14
1,142の間に負荷抵抗を接続し、前記負荷抵抗を可
変させて、出力電圧を測定したところ、図7に示したよ
うな、出力電圧および出力電力の負荷抵抗に対する特性
が得られた。また、この圧電磁器トランスの入力端子1
31,132の間に約530kHz、37.6Vp−p
の交流電圧(正弦波)を入力し、出力端子141,14
2の間に15kΩ負荷抵抗を接続したところ、328V
p−pの出力電圧が得られ、この時の出力電力は0.9
0Wであった。
【0034】
【発明の効果】この本発明の圧電磁器トランスは、厚み
すべり(15)振動モードを用いて圧電磁器板を励振さ
せて、この振動を圧電磁器板の縦効果(33)振動モー
ドの圧電効果によって出力電極対から出力電圧を取り出
すため、数百kHz〜数MHz以上の高周波帯で使用す
ることが可能となる。また、厚みすべり(15)振動モ
ードの共振周波数は、圧電磁器トランスの厚みだけで決
定され長さや幅の影響を受けないことから、従来のロー
ゼン型圧電磁器トランスでは困難であった、高周波帯域
での駆動と大電力の取り出しを両立させることが可能で
ある。
すべり(15)振動モードを用いて圧電磁器板を励振さ
せて、この振動を圧電磁器板の縦効果(33)振動モー
ドの圧電効果によって出力電極対から出力電圧を取り出
すため、数百kHz〜数MHz以上の高周波帯で使用す
ることが可能となる。また、厚みすべり(15)振動モ
ードの共振周波数は、圧電磁器トランスの厚みだけで決
定され長さや幅の影響を受けないことから、従来のロー
ゼン型圧電磁器トランスでは困難であった、高周波帯域
での駆動と大電力の取り出しを両立させることが可能で
ある。
【図1】この発明の一実施形態の圧電磁器トランスを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図2】この実施形態の圧電磁器トランスの結線図であ
る。
る。
【図3】この実施形態の圧電磁器トランスに入力する交
流電圧を示すグラフである。
流電圧を示すグラフである。
【図4】この実施形態の圧電磁器トランスが厚みすべり
(15)振動モードで図3の入力電圧により駆動された
際の圧電磁器板に生じる変位を示す模式図である。
(15)振動モードで図3の入力電圧により駆動された
際の圧電磁器板に生じる変位を示す模式図である。
【図5】この発明の圧電磁器トランスの一実施例の入力
および負荷の結線図である。
および負荷の結線図である。
【図6】図5の圧電磁器トランスの結線例の入力および
負荷を接続した場合に、負荷の両端に生じる電圧波形で
ある。
負荷を接続した場合に、負荷の両端に生じる電圧波形で
ある。
【図7】この実施例の圧電磁器トランスの負荷抵抗−出
力電圧・電力特性である。
力電圧・電力特性である。
【図8】従来のローゼン型圧電磁器トランスを示す斜視
図である。
図である。
1 圧電磁器板
51,52 負荷抵抗
111,114,121,124 入力電極
112,113,121,123 出力電極
131,132 入力端子
141,142,151,152 出力端子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 角崎 雅博
富山県富山市高田383番地 富山県工業
技術センター機械電子研究所内
(72)発明者 谷野 克巳
富山県高岡市二上町150番地 富山県工
業技術センター企画管理部内
(72)発明者 堀井 一宏
富山県富山市上赤江町1丁目6番43号
コーセル株式会社内
(72)発明者 柳川 新
富山県富山市月岡町3丁目6番地 立山
科学工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平11−154768(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 41/107
H01L 41/22
Claims (4)
- 【請求項1】 圧電磁器板と、入力電極対と、出力電極
対とを有した圧電磁器トランスにおいて、 前記圧電磁器板は板状に形成され、その板の厚み方向と
垂直方向に一様に分極され、 前記入力電極対は、前記圧電磁器板の上面と下面の対向
する位置に設置され、 前記出力電極対は、前記圧電磁器板の上面と下面の少な
くとも一方の前記入力電極の側方で、前記圧電磁器板の
上面と下面の少なくとも一方の同一面上で一対の出力を
形成し、前記入力電極と平行になるように並べて設置さ
れ、 前記圧電磁器板の厚みすべり振動モードの圧電逆効果に
よって前記圧電磁器板に振動を励振させ、この振動を前
記圧電磁器板の縦効果振動モードの圧電効果によって前
記出力電極対から交流電圧を取り出し可能に形成された
ことを特徴とする圧電磁器トランス。 - 【請求項2】 前記入力電極対は、2対の入力電極から
なり、前記出力電極対も2対の出力電極からなり、 一方の前記入力電極対は、前記圧電磁器板の分極方向の
始端側の上面と下面の対向する位置に設置され、 他方の前記入力電極対は、前記圧電磁器板の分極方向の
終端側の上面と下面の対向する位置に設置され、 一方の前記出力電極対は、前記圧電磁器板の上面の前記
各入力電極の内側に前記入力電極と平行に各々並べて設
置され、 他方の前記出力電極対は、前記圧電磁器板の下面の前記
各入力電極の内側に前記入力電極と平行に各々並べて設
置されたことを特徴とする請求項1記載の圧電磁器トラ
ンス。 - 【請求項3】 圧電磁器板と、入力電極対と、出力電極
対とを有した圧電磁器トランスの製造方法において、 圧電性材料を焼成して上記圧電磁器板を形成し、 板状に形成された前記圧電磁器板を厚み方向と垂直の面
方向に一様に分極し、前記入力電極対を、前記圧電磁器
板の上面と下面の対向する位置に形成するとともに、 前記出力電極対を、前記圧電磁器板の上面もしくは下面
の前記入力電極の側方で、前記圧電磁器板の上面と下面
の少なくとも一方の同一面上で一対の出力を形成すると
ともに、前記入力電極と平行になるように形成し、 前記入力電極対に、前記圧電磁器板の厚みすべり振動モ
ードの共振周波数近傍の周波数の交流電圧を印加可能に
し、厚みすべり振動モードの圧電逆効果によって前記圧
電磁器板に振動を励振可能に形成する圧電磁器トランス
の製造方法。 - 【請求項4】 圧電磁器板と、入力電極対と、出力電極
対とを有した圧電磁器トランスの駆動方法において、 厚み方向と垂直方向に一様に分極され板状に形成された
前記圧電磁器板を用い、 前記入力電極対を、前記圧電磁器板の上面と下面の対向
する位置に設置し、 前記出力電極対を、前記圧電磁器板の上面もしくは下面
の前記入力電極の側方で、前記圧電磁器板の上面と下面
の少なくとも一方の同一面上で一対の出力を形成すると
ともに、前記入力電極と平行になるように設け、 前記入力電極対に、前記圧電磁器板の厚みすべり振動モ
ードの共振周波数近傍の周波数の交流電圧を印加するこ
とにより、厚みすべり振動モードの圧電逆効果によって
前記圧電磁器板に振動を励振させ、この振動を前記圧電
磁器板の縦効果振動モードの圧電効果によって前記出力
電極対から交流電圧として取り出す圧電磁器トランスの
駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08045098A JP3404512B2 (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | 圧電磁器トランスとその製造方法並びにその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08045098A JP3404512B2 (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | 圧電磁器トランスとその製造方法並びにその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11261126A JPH11261126A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3404512B2 true JP3404512B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=13718605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08045098A Expired - Fee Related JP3404512B2 (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | 圧電磁器トランスとその製造方法並びにその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3404512B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4721540B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2011-07-13 | 京セラ株式会社 | 圧電トランス及び電源装置 |
| JP4968985B2 (ja) * | 2001-04-27 | 2012-07-04 | 京セラ株式会社 | 圧電トランス |
| JP5270097B2 (ja) * | 2007-01-23 | 2013-08-21 | スミダコーポレーション株式会社 | 圧電トランス及び圧電トランスを用いた電源回路 |
-
1998
- 1998-03-12 JP JP08045098A patent/JP3404512B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11261126A (ja) | 1999-09-24 |
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