JP3510516B2 - 圧電磁器トランス - Google Patents
圧電磁器トランスInfo
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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
いたトランスであって、スイッチング電源等に用いられ
る圧電磁器トランスに関する。
いたトランスであって、スイッチング電源等に用いられ
る圧電磁器トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型薄型化の要請によ
り、スイッチング電源も小型薄型化が望まれている。小
型化するには、スイッチング周波数を高くすれば良い
が、電磁トランスを高周波で用いると、ヒステリシス損
失、渦電流損失、巻線の表皮効果による損失等が増加
し、スイッチング電源全体としての効率が低下してしま
うものであった。しかも、電磁トランスは、巻線の太さ
や、巻線間の絶縁、磁束の流れや変換効率等の制約によ
り小型化には限度があった。
り、スイッチング電源も小型薄型化が望まれている。小
型化するには、スイッチング周波数を高くすれば良い
が、電磁トランスを高周波で用いると、ヒステリシス損
失、渦電流損失、巻線の表皮効果による損失等が増加
し、スイッチング電源全体としての効率が低下してしま
うものであった。しかも、電磁トランスは、巻線の太さ
や、巻線間の絶縁、磁束の流れや変換効率等の制約によ
り小型化には限度があった。
【０００３】これらの問題を解決するものとして、近年
圧電磁器トランスが注目されている。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可能である
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」等の特長を
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。
圧電磁器トランスが注目されている。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可能である
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」等の特長を
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。
【０００４】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６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２が形成され、圧電磁器
板１の下面の半分に、電極２と対向するように電極３が
形成されている。また、圧電磁器板１の電極２および電
極３が形成されていない一側面には、電極４が形成され
ている。そして、圧電磁器板１の電極２，３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２と電極３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の領域
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３と電極４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６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２が形成され、圧電磁器
板１の下面の半分に、電極２と対向するように電極３が
形成されている。また、圧電磁器板１の電極２および電
極３が形成されていない一側面には、電極４が形成され
ている。そして、圧電磁器板１の電極２，３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２と電極３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の領域
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３と電極４の間では、高
インピーダンス部が形成されている。
【０００５】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、領域ａで示す低インピーダンス部を
入力部として用い、領域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２，３間に交流電圧が印加
されると、入力部の領域ａでは電気機械結合係数ｋ3 １
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。出力部の領域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３，４間から交流電圧が取り
出される。
圧を取り出す場合、領域ａで示す低インピーダンス部を
入力部として用い、領域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２，３間に交流電圧が印加
されると、入力部の領域ａでは電気機械結合係数ｋ3 １
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。出力部の領域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３，４間から交流電圧が取り
出される。
【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およびＱｍには形状依存性があり、幅／長
さの値が０．３以上になると幅方向と長さ方向の振動が
干渉し、ｋ３１、ｋ３３およびＱｍ値が低下しはじめ
る。このため、幅をむやみに広くすることはできず、高
周波帯域における駆動と大電力の取り出しという互いに
相反する機能を両立させることは困難であった。
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およびＱｍには形状依存性があり、幅／長
さの値が０．３以上になると幅方向と長さ方向の振動が
干渉し、ｋ３１、ｋ３３およびＱｍ値が低下しはじめ
る。このため、幅をむやみに広くすることはできず、高
周波帯域における駆動と大電力の取り出しという互いに
相反する機能を両立させることは困難であった。
【０００７】この発明は、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な圧電磁器トランス
を提供することを目的とする。
の取り出しを両立させることが可能な圧電磁器トランス
を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、板の厚み方向に分極された矩形の圧電磁器板を
備え、この圧電磁器板の一辺の方向をＸ軸方向とし、上
記圧電磁器板の板面上で上記Ｘ軸方向と直交する方向を
Ｙ軸方向として、上記圧電磁器板の表裏面で互いに対向
した入力電極対と、上記圧電磁器板の表裏面で上記入力
電極対と同様に対向した出力電極対とが、上記Ｘ軸方向
に並設されている。そして、この入力電極対と出力電極
対は、上記圧電磁器板表裏面で上記Ｙ軸方向に複数並設
され、上記入力電極対に印加される交流電圧による共振
振動が、Ｘ軸方向にｍ次モード（ｍは自然数）であり、
Ｙ軸方向にｎ次モード（ｎは複数である自然数）となる
ように寸法が設定されている圧電磁器トランスである。
この圧電磁器トランスは、機械的に支持する場合、上記
共振振動の変位が最小の部位で上記圧電磁器板を支持す
る。
ンスは、板の厚み方向に分極された矩形の圧電磁器板を
備え、この圧電磁器板の一辺の方向をＸ軸方向とし、上
記圧電磁器板の板面上で上記Ｘ軸方向と直交する方向を
Ｙ軸方向として、上記圧電磁器板の表裏面で互いに対向
した入力電極対と、上記圧電磁器板の表裏面で上記入力
電極対と同様に対向した出力電極対とが、上記Ｘ軸方向
に並設されている。そして、この入力電極対と出力電極
対は、上記圧電磁器板表裏面で上記Ｙ軸方向に複数並設
され、上記入力電極対に印加される交流電圧による共振
振動が、Ｘ軸方向にｍ次モード（ｍは自然数）であり、
Ｙ軸方向にｎ次モード（ｎは複数である自然数）となる
ように寸法が設定されている圧電磁器トランスである。
この圧電磁器トランスは、機械的に支持する場合、上記
共振振動の変位が最小の部位で上記圧電磁器板を支持す
る。
【０００９】また、上記圧電磁器板の入力電極対と出力
電極対は、各々上記Ｘ軸方向に複数並設されたものでも
良い。さらに、Ｘ軸方向に入力電極対と出力電極対が各
々複数形成されていても良く、Ｙ軸方向にも入力電極対
と出力電極対が各々複数形成されていても良い。
電極対は、各々上記Ｘ軸方向に複数並設されたものでも
良い。さらに、Ｘ軸方向に入力電極対と出力電極対が各
々複数形成されていても良く、Ｙ軸方向にも入力電極対
と出力電極対が各々複数形成されていても良い。
【００１０】また、上記各電極同士の境界は、上記圧電
磁器板の上記共振振動の変位が最大となる位置に設定さ
れている。さらに、上記圧電磁器板表裏面に形成された
上記電極間を境界として、上記圧電磁器板の分極方向が
任意に反転等され転向されているものである。また、上
記圧電磁器板を積層してなるものでも良い。
磁器板の上記共振振動の変位が最大となる位置に設定さ
れている。さらに、上記圧電磁器板表裏面に形成された
上記電極間を境界として、上記圧電磁器板の分極方向が
任意に反転等され転向されているものである。また、上
記圧電磁器板を積層してなるものでも良い。
【００１１】そして、上記圧電磁器トランスは、上記複
数の入力電極対を直列もしくは並列に接続して、入力イ
ンピーダンスを所望の値に設定し、上記複数の出力電極
対を直列もしくは並列に接続して、出力インピーダンス
を所望の値に設定可能に設けたものである。
数の入力電極対を直列もしくは並列に接続して、入力イ
ンピーダンスを所望の値に設定し、上記複数の出力電極
対を直列もしくは並列に接続して、出力インピーダンス
を所望の値に設定可能に設けたものである。
【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２は、この発明
の圧電磁器トランスの第一実施形態を示す。ここでは、
入力電極対を４対と、出力電極対を４対設置したものを
示す。なお説明上、圧電磁器板１０の板面上において短
辺方向をＸ軸方向、長辺方向をＹ軸方向とする。
いて図面に基づいて説明する。図１、図２は、この発明
の圧電磁器トランスの第一実施形態を示す。ここでは、
入力電極対を４対と、出力電極対を４対設置したものを
示す。なお説明上、圧電磁器板１０の板面上において短
辺方向をＸ軸方向、長辺方向をＹ軸方向とする。
【００１３】まず、圧電磁器板１０は図中矢印で示され
るように板厚方向に分極されている。圧電磁器板１０の
表面には、４個の入力電極１１，１２，１３，１４が、
圧電磁器板１０の一方の側縁部側でＹ軸方に沿って並ん
で形成されている。この圧電磁器板１０の裏面にも、圧
電磁器板１０を挟んで対向して、同様に入力電極が形成
され、４つの入力電極対を構成している。
るように板厚方向に分極されている。圧電磁器板１０の
表面には、４個の入力電極１１，１２，１３，１４が、
圧電磁器板１０の一方の側縁部側でＹ軸方に沿って並ん
で形成されている。この圧電磁器板１０の裏面にも、圧
電磁器板１０を挟んで対向して、同様に入力電極が形成
され、４つの入力電極対を構成している。
【００１４】同様に、出力電極２１，２２，２３，２４
も、入力電極１１，１２，１３，１４に対してＸ軸方向
に隣接して配置されている。圧電磁器板１０の裏面に
も、出力電極２１，２２，２３，２４と対向して同様に
出力電極が形成され、４つの出力電極対を形成してい
る。そして、入力電極１１，１２，１３，１４および出
力電極２１，２２，２３，２４は、この実施形態では圧
電磁器板１０の表裏面で互いにわずかに間隔を空けて、
長方形に形成されている。
も、入力電極１１，１２，１３，１４に対してＸ軸方向
に隣接して配置されている。圧電磁器板１０の裏面に
も、出力電極２１，２２，２３，２４と対向して同様に
出力電極が形成され、４つの出力電極対を形成してい
る。そして、入力電極１１，１２，１３，１４および出
力電極２１，２２，２３，２４は、この実施形態では圧
電磁器板１０の表裏面で互いにわずかに間隔を空けて、
長方形に形成されている。
【００１５】この実施形態の電極の結線方法は、図1に
示すように、交流電源３０の一方の側には、圧電磁器板
１０の表面側の入力電極１１，１３が接続されるととも
に、入力電極１２,１４と対向する裏面側の２つの入力
電極が接続されている。そして、交流電源３０の他方の
側には、入力電極１２,１４が接続されるとともに、入
力電極１１,１３と対向する裏面側の２つの入力電極が
接続されている。
示すように、交流電源３０の一方の側には、圧電磁器板
１０の表面側の入力電極１１，１３が接続されるととも
に、入力電極１２,１４と対向する裏面側の２つの入力
電極が接続されている。そして、交流電源３０の他方の
側には、入力電極１２,１４が接続されるとともに、入
力電極１１,１３と対向する裏面側の２つの入力電極が
接続されている。
【００１６】また出力電極２１，２２，２３，２４は、
負荷３２の一方の側に、圧電磁器板１０の表面側の出力
電極２１，２３が接続されるとともに、出力電極２２,
２４と対向する裏面側の２つの出力電極が接続されてい
る。そして、負荷３２の他方の側には、出力電極２２,
２４が接続されるとともに、出力電極２１,２３と対向
する裏面側の２つの出力電極が接続されている。
負荷３２の一方の側に、圧電磁器板１０の表面側の出力
電極２１，２３が接続されるとともに、出力電極２２,
２４と対向する裏面側の２つの出力電極が接続されてい
る。そして、負荷３２の他方の側には、出力電極２２,
２４が接続されるとともに、出力電極２１,２３と対向
する裏面側の２つの出力電極が接続されている。
【００１７】ここで、図２に示すようにＹ軸方向におい
て、上記各電極同士の境界は、圧電磁器板１０の共振振
動の変位が最大となる位置に設定されている。またＸ軸
方向では、圧電磁器板１０のＸ軸方向の中心を境界とし
て入力電極１１，１２，１３，１４と出力電極２１，２
２，２３，２４が分かれている。
て、上記各電極同士の境界は、圧電磁器板１０の共振振
動の変位が最大となる位置に設定されている。またＸ軸
方向では、圧電磁器板１０のＸ軸方向の中心を境界とし
て入力電極１１，１２，１３，１４と出力電極２１，２
２，２３，２４が分かれている。
【００１８】次に、この実施形態の圧電磁器トランスの
動作作用を、以下に説明する。この実施形態では図２に
示すように、圧電磁器板１０の大きさは、入力電極１
１,１２,１３,１４に印加される交流電圧による圧電磁
器板１０の共振振動が、Ｘ軸方向に１次モードであり、
Ｙ軸方向に４次モードとなるように寸法が設定されてい
る。従って、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、圧電磁
器板１０はＸ軸，Ｙ軸方向において、応力（実線）と変
位（破線）が図示する関係で、横効果（３１）振動モー
ドにより振動する。
動作作用を、以下に説明する。この実施形態では図２に
示すように、圧電磁器板１０の大きさは、入力電極１
１,１２,１３,１４に印加される交流電圧による圧電磁
器板１０の共振振動が、Ｘ軸方向に１次モードであり、
Ｙ軸方向に４次モードとなるように寸法が設定されてい
る。従って、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、圧電磁
器板１０はＸ軸，Ｙ軸方向において、応力（実線）と変
位（破線）が図示する関係で、横効果（３１）振動モー
ドにより振動する。
【００１９】これにより、この実施形態の圧電磁器トラ
ンスは、この圧電振動板１０が横効果（３１）振動をＸ
軸方向とＹ軸方向で同時に共振させているため、トラン
スの電気機械結合係数ｋ31および機械結合係数Ｑｍが大
きくなり、極めて効率の良いものとすることができる。
ンスは、この圧電振動板１０が横効果（３１）振動をＸ
軸方向とＹ軸方向で同時に共振させているため、トラン
スの電気機械結合係数ｋ31および機械結合係数Ｑｍが大
きくなり、極めて効率の良いものとすることができる。
【００２０】さらにこの実施形態の圧電磁器トランス
は、圧電磁器板１０のＸ軸方向寸法を横効果（３１）振
動の１次モード振動となるように設定し、圧電磁器板１
０のＹ軸方向寸法を４次モード振動となるように設定
し、且つ４対の入出力電極を配置することで、高周波駆
動と電力伝送密度を高くすることが可能となり、大電力
の取り出しを実現している。
は、圧電磁器板１０のＸ軸方向寸法を横効果（３１）振
動の１次モード振動となるように設定し、圧電磁器板１
０のＹ軸方向寸法を４次モード振動となるように設定
し、且つ４対の入出力電極を配置することで、高周波駆
動と電力伝送密度を高くすることが可能となり、大電力
の取り出しを実現している。
【００２１】なお、圧電磁器板１０のＸ軸およびＹ軸方
向の長さは、必要な電力および共振周波数に合わせて設
定すれば良く、少なくともＸ軸およびＹ軸方向に１次モ
ード振動が可能であれば良い。
向の長さは、必要な電力および共振周波数に合わせて設
定すれば良く、少なくともＸ軸およびＹ軸方向に１次モ
ード振動が可能であれば良い。
【００２２】次に、この発明の第二実施形態について図
３を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の
圧電磁器トランスの圧電磁器板４０は、Ｘ軸方向に２次
モード振動するもので、Ｙ軸方向には、４次モードの振
動をさせるものである。
３を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の
圧電磁器トランスの圧電磁器板４０は、Ｘ軸方向に２次
モード振動するもので、Ｙ軸方向には、４次モードの振
動をさせるものである。
【００２３】この実施形態の圧電磁器板４０は、入力電
極１１，１２，１３，１４および出力電極２１，２２，
２３，２４に接続するリード線の取り付け位置を、圧電
磁器板４０の変位が０となる位置４２，４４に取り付け
ることができ、リード線の接続部に振動による力が作用
せず、取り付けの信頼性が高い。
極１１，１２，１３，１４および出力電極２１，２２，
２３，２４に接続するリード線の取り付け位置を、圧電
磁器板４０の変位が０となる位置４２，４４に取り付け
ることができ、リード線の接続部に振動による力が作用
せず、取り付けの信頼性が高い。
【００２４】次に、この発明の第三実施形態について図
４を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の
圧電磁器トランスの圧電磁器板５０は、Ｘ軸方向に１次
モード振動するもので、Ｙ軸方向には、４次モードの振
動をさせるものである。
４を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の
圧電磁器トランスの圧電磁器板５０は、Ｘ軸方向に１次
モード振動するもので、Ｙ軸方向には、４次モードの振
動をさせるものである。
【００２５】この圧電磁器板５０は、板厚方向に分極さ
れているとともに、Ｙ軸方向で共振振動の応力が０とな
る部分を境界として、その分極方向を交互に反転させた
ものである。これにより、図４に示すように、リード線
の結線が単純化される。
れているとともに、Ｙ軸方向で共振振動の応力が０とな
る部分を境界として、その分極方向を交互に反転させた
ものである。これにより、図４に示すように、リード線
の結線が単純化される。
【００２６】次に、この発明の第四実施形態について図
５を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の
圧電磁器トランスの圧電磁器板６０は、Ｘ軸方向に１次
モード振動するもので、Ｙ軸方向には、４次モードの振
動をさせるものである。この入力電極１１，１２，１
３，１４および図示しない出力電極は、圧電磁器板６０
の上面６２と下面６４とで、上記各実施形態と同様に配
置されている。
５を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部
材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の
圧電磁器トランスの圧電磁器板６０は、Ｘ軸方向に１次
モード振動するもので、Ｙ軸方向には、４次モードの振
動をさせるものである。この入力電極１１，１２，１
３，１４および図示しない出力電極は、圧電磁器板６０
の上面６２と下面６４とで、上記各実施形態と同様に配
置されている。
【００２７】さらに、この実施形態では、圧電磁器板６
０が複数枚積層され、各圧電磁器板６０の分極方向は、
図の矢印で示すように、互いに接し合う面で反転した状
態に形成されている。従って、各圧電磁器板６０の境界
での各電極６６は、両側の圧電磁器板６０の電極として
機能する。この各電極６６は、上下面６２，６４に配置
された入力電極および出力電極と対向する位置に配置さ
れている。なお、各電極６６の取り出しは、積層した圧
電磁器板６０の端面に各電極６６の端縁部を露出させ
て、その端縁部に、リード線の端部を接続する方法等を
用いる。
０が複数枚積層され、各圧電磁器板６０の分極方向は、
図の矢印で示すように、互いに接し合う面で反転した状
態に形成されている。従って、各圧電磁器板６０の境界
での各電極６６は、両側の圧電磁器板６０の電極として
機能する。この各電極６６は、上下面６２，６４に配置
された入力電極および出力電極と対向する位置に配置さ
れている。なお、各電極６６の取り出しは、積層した圧
電磁器板６０の端面に各電極６６の端縁部を露出させ
て、その端縁部に、リード線の端部を接続する方法等を
用いる。
【００２８】この圧電磁器トランスによれば、複数枚の
圧電磁器板６０を積層しているので、大電流化を図るこ
とができる。
圧電磁器板６０を積層しているので、大電流化を図るこ
とができる。
【００２９】なお、この発明の圧電磁器トランスは、そ
の入出力電極の数や、振動モードの次数は適宜設定され
得るものであり、圧電磁器板の大きさも適宜設定され
る。また、入力電極対と出力電極対は、各々上記Ｘ軸方
向に複数並設されたものでも良い。
の入出力電極の数や、振動モードの次数は適宜設定され
得るものであり、圧電磁器板の大きさも適宜設定され
る。また、入力電極対と出力電極対は、各々上記Ｘ軸方
向に複数並設されたものでも良い。
【００３０】
【実施例】次に、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１０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、
横効果（３１）振動モードの電気機械結合係数ｋ31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１０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、
横効果（３１）振動モードの電気機械結合係数ｋ31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。
【００３１】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、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４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの圧電磁器板１
０を形成した。ここでは、圧電磁器板１０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、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４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの圧電磁器板１
０を形成した。ここでは、圧電磁器板１０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。
【００３２】次に、圧電磁器板１０の表裏面に、Ａｇ−
ガラス系の導電性ペーストを図示のように印刷した後、
焼成し、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、
３．２ｋＶの電圧をＡｇ電極に加えることで、圧電磁器
板１０の板厚方向に分極処理を施した。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
０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。
ガラス系の導電性ペーストを図示のように印刷した後、
焼成し、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、
３．２ｋＶの電圧をＡｇ電極に加えることで、圧電磁器
板１０の板厚方向に分極処理を施した。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
０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。
【００３３】この実施例の圧電磁器トランスにおいて、
電力伝送試験を行ったところ、共振周波数１９０ｋＨｚ
において、入力電圧１７６Ｖｐ-ｐ、負荷抵抗３００Ω
のとき、出力電圧１６２Ｖｐ-ｐ、出力電力１１．０
Ｗ、効率９２．７％が得られた。
電力伝送試験を行ったところ、共振周波数１９０ｋＨｚ
において、入力電圧１７６Ｖｐ-ｐ、負荷抵抗３００Ω
のとき、出力電圧１６２Ｖｐ-ｐ、出力電力１１．０
Ｗ、効率９２．７％が得られた。
【００３４】
【発明の効果】この発明の圧電磁器トランスは、圧電振
動板を横効果（３１）振動させ圧電振動板の板面上で互
いに直交する方向で同時に共振させているため、トラン
スの電気機械結合係数ｋ31および機械結合係数Ｑｍを大
きくすることができ、電力伝送効率の良いものとするこ
とができる。
動板を横効果（３１）振動させ圧電振動板の板面上で互
いに直交する方向で同時に共振させているため、トラン
スの電気機械結合係数ｋ31および機械結合係数Ｑｍを大
きくすることができ、電力伝送効率の良いものとするこ
とができる。
【図１】この発明の一実施形態の圧電磁器トランスの概
略を示す斜視図である。
略を示す斜視図である。
【図２】この実施形態の圧電磁器トランスの平面図
（Ａ）、Ｘ軸方向の応力と変位を示す図（Ｂ）、Ｙ軸方
向の応力と変位を示す図（Ｃ）である。
（Ａ）、Ｘ軸方向の応力と変位を示す図（Ｂ）、Ｙ軸方
向の応力と変位を示す図（Ｃ）である。
【図３】この発明の第二実施形態の圧電磁器トランスの
平面図（Ａ）、Ｘ軸方向の応力と変位を示す図（Ｂ）、
Ｙ軸方向の応力と変位を示す図（Ｃ）である。
平面図（Ａ）、Ｘ軸方向の応力と変位を示す図（Ｂ）、
Ｙ軸方向の応力と変位を示す図（Ｃ）である。
【図４】この発明の第三実施形態の圧電磁器トランスの
概略縦断面図である。
概略縦断面図である。
【図５】この発明の第四実施形態の圧電磁器トランスの
概略縦断面図である。
概略縦断面図である。
【図６】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。
１０，４０，５０，６０ 圧電磁器板
１１，１２，１３，１４ 入力電極
２１，２２，２３，２４ 出力電極
２６ リード線
３２ 負荷抵抗
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/107
Claims (6)
- 【請求項１】 板の厚み方向に分極された矩形の圧電磁
器板を備え、この圧電磁器板の一辺の方向をＸ軸方向と
し、上記圧電磁器板の板面上で上記Ｘ軸方向と直交する
方向をＹ軸方向とし、上記圧電磁器板の表裏面で互いに
対向した入力電極対と、上記圧電磁器板の表裏面で上記
入力電極対と同様に対向した出力電極対とを、上記Ｘ軸
方向に並設し、この入力電極対と出力電極対は、上記圧
電磁器板表裏面で上記Ｙ軸方向に複数並設され、上記入
力電極対に印加される交流電圧による共振振動が、Ｘ軸
方向にｍ次モード（ｍは自然数）であり、Ｙ軸方向にｎ
次モード（ｎは複数である自然数）となるように寸法が
設定され、上記共振振動の変位が最小の部位で上記圧電
磁器板が機械的に支持されたことを特徴とする圧電磁器
トランス。 - 【請求項２】 上記入力電極対と出力電極対は、上記圧
電磁器板表裏面で上記Ｘ軸方向に複数並設され、上記入
力電極対に印加される交流電圧による共振振動が、Ｘ軸
方向にｍ次モード（ｍは複数である自然数）となるよう
に寸法が設定されている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】 上記各電極同士の境界は、上記圧電磁器
板の上記共振振動の変位が最大となる位置に設定されて
いることを特徴とする請求項１または２記載の圧電磁器
トランス。 - 【請求項４】 上記圧電磁器板表裏面に形成された上記
電極間を境界として、上記圧電磁器板の分極方向が任意
に転向されていることを特徴とする請求項１，２または
３記載の圧電磁器トランス。 - 【請求項５】 上記圧電磁器板を積層してなることを特
徴とする請求項１，２，３または４記載の圧電磁器トラ
ンス。 - 【請求項６】 上記複数の入力電極対を直列もしくは並
列に接続して、入力インピーダンスを所望の値に設定
し、上記複数の出力電極対を直列もしくは並列に接続し
て、出力インピーダンスを所望の値に設定可能に設けた
ことを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の
圧電磁器トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05101299A JP3510516B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 圧電磁器トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05101299A JP3510516B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 圧電磁器トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000252539A JP2000252539A (ja) | 2000-09-14 |
| JP3510516B2 true JP3510516B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=12874886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05101299A Expired - Fee Related JP3510516B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 圧電磁器トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3510516B2 (ja) |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP05101299A patent/JP3510516B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000252539A (ja) | 2000-09-14 |
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