JP3577225B2

JP3577225B2 - 積層型圧電トランス

Info

Publication number: JP3577225B2
Application number: JP28785098A
Authority: JP
Inventors: 英司吉田; 利治伊藤; 範晃高橋
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: JP2000114614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電層を積層してなる積層型圧電トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の矩形板状の圧電層を積層してなり、圧電層の厚み方向に電極を印加して圧電縦効果により歪を発生させ、これにともなう面方向の歪により、電圧を励起し、この電圧を出力電極から二次電圧として取り出すようにした積層型圧電トランスは、特開平８−７８７５０号等種々提案されている。
【０００３】
このものは、通常のトランスと異なり、コイルが不要であるため、構造が単純となり、取扱いが容易で、小型化が可能となるため、携帯用情報機器等の電子部品として好適である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる構成にあって、発振回路からスイッチング回路，駆動回路を介して生成された交流電圧が、積層型圧電トランスの圧電層の対向電極に印加される（図４参照）。そして、二次側の出力電極から高電圧が取り出されると共に、該出力電極が帰還用コンデンサを介して発振回路側へ出力され、正帰還されて、この信号の周波数で、発振回路は自励発振することとなる。
【０００５】
ところで、この帰還用コンデンサの条件として、積層型圧電トランスの出力電圧は、数十ＫＶの高圧であるため、耐圧性を要すると共に、帰還電流は低く押えなければならないから、その容量は数ＰＦでなければならない。このため、帰還用コンデンサを小型化することが困難であった。
【０００６】
また、帰還用コンデンサに至る高圧側の帰還回路の配線に耐圧性を確保するため、コストがかかり、かつショート等のトラブルを生じ易い。
【０００７】
さらには、高圧側の帰還回路の配線により発生する浮遊容量により、コンデンサの効率が悪くなったり、該配線の電磁誘導が原因となって、ノイズが発生する等、高圧側の配線によって種々の問題がもたらされている。
本発明は、かかる従来構成の帰還用コンデンサにより発生する問題点を解決することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、部分領域の表裏面に交流電源が接続される対向電極を形成してなる圧電層を複数積層して、該部分領域の積層により振動部を形成し、該振動部と離間する端部に、振動部による励振によって昇圧せしめた電圧を発生する出力電極を形成してなる積層型圧電トランスにおいて、
いずれかの圧電層の表裏面に、一対の帰還用コンデンサ電極を対向状に形成して、一方の電極を圧電層の表面にて出力電極と接続し、他方の電極を、トランス外面に形成した帰還端子と接続したことを特徴とする積層型圧電トランスである。
【０００９】
かかる構成にあって、圧電層の表裏に帰還用コンデンサ電極を形成して、圧電層の表面で出力電極と接続したから、該圧電層を介して帰還用コンデンサ電極が対峙することにより、二次側の高電圧を発生する出力電極と接続された帰還用コンデンサが積層型圧電トランスに設けられることとなる。また、この積層型圧電トランスは帰還端子を介して、発振回路側等に接続されることとなる。このため、外付の帰還用コンデンサ電極が不要となり、これに伴って、高圧側の帰還回路の配線も不要となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜３に従って、本発明の一実施例に係る積層型圧電トランス１の構成を説明する。
この積層型圧電トランス１は、チタン酸ジルコン酸系磁器等の圧電性を有する長方形状の１１枚の圧電層２ａ〜２ｊ，３を積層してなるものであり、これを積層後焼結することにより構成される。ここで、圧電層３はカバー板となるものであり、導電層を非露出状として保護し、昇圧作用に寄与しない。この圧電トランス１は、その全体形状を、例えば長さ４８ｍｍ，幅７ｍｍ，厚さ０．９ｍｍ（設計例）としている。
【００１１】
圧電層２ａ〜２ｊの上面には、導電パターン４がスクリーン印刷等の手段により形成される。
【００１２】
ここで、各圧電層２ａ〜２ｊの片側の部分領域には、対向電極５，７が形成される。すなわち、圧電層２ａ，２ｃ，２ｅ，２ｇ，２ｉには、電極５が形成され、夫々図中左側縁に接続縁部６を延出している。また、圧電層２ｂ，２ｄ，２ｆ，２ｈ，２ｊには、電極７が形成され、夫々図中右側部に接続縁部８を延出している。これにより、電極５と電極７とは各圧電層２ａ〜２ｊを介して交互に配設され、積層型圧電トランス１の左側面で接続縁部６が厚み方向で接続されて入力端子１０が形成され、右側面で接続縁部８が厚み方向で接続されて入力端子１１が形成される。この両側面の入力端子１０，１１は、図３で示すように、振動のノード位置に設定される。
【００１３】
一方、対向電極５，７は、各圧電層２ａ〜２ｊの角縁に形成された分極端子４ａ，４ｂにも接続される。そして、その積層状態で、図２で示すように、各分極端子４ａ，４ｂは上下に連続し、分極端子４ａを正電極とし、分極端子４ｂを負電極として、直流電圧が印加され、各圧電層２ａ〜２ｊの部分領域は厚さ方向に分極が施される。而して、かかる電極５，７が形成された積層型圧電トランス１の部分領域が振動部１３となる。尚、上述の様に、分極後には、入力端子１０，１１に駆動電圧が印加されることとなる。
【００１４】
次に各圧電層２ａ〜２ｊの他側端縁には出力端子１７が形成される。この出力端子１７は、端面に沿って、帯状延成部１６が連成され、各圧電層２ａ〜２ｊの積層により、帯状延成部１６を面接触させ、その相互の電気的接続を確保するようにしている。またこの帯状延成部１６は、図中左側で、振動のノード位置にまで延出して、積層型圧電トランス１の左側面に形成された出力端子１７に接続される。
【００１５】
次に本発明の要部につき説明する。
前記圧電層２ａの上面には、その出力端子１７の帯状延成部１６と電路１８により接続されたコンデンサ電極２１ａが形成され、さらに、圧電層２ｃの上面の同一位置にコンデンサ電極２１ｂを形成し、これにより、圧電層２ａ，２ｂの肉厚を介してコンデンサ電極２１ａ，コンデンサ電極２１ｂを対峙し、帰還用コンデンサ２０を構成するようにしている。
【００１６】
このコンデンサ電極２１ｂは圧電層２ｃの側縁に延出して、積層型圧電トランス１の図中右側面に露出して、これをトランス外面に露出する帰還端子２２としている。この帰還端子２２は、出力端子１７と左右対称位置とし、この端子１７，２２を夫々図３で示すように、振動のノード位置となるようにしている。
【００１７】
このように、積層型圧電トランス１の両側面には、その中心から長尺方向で１／４λの両側位置で、一側に入力端子１０，１１が対向状に配置され、他側に出力端子１７と帰還端子２２とが対向状に配置されて、ノード位置となっており、このため、各端子にリード線を接続した場合にあっても、ノード位置での接続となって、該位置に負荷がかかっても、積層型圧電トランス１の長手方向に沿った振動を阻害しない。
【００１８】
図６は上記実施例に係る積層型圧電トランス１の入力電圧と、出力電圧との関係を示したグラフである。このグラフから、入出力比は５０倍程度であり、高電圧を出力し得ることが理解される。
【００１９】
かかる構成の積層型圧電トランス１は、図４又は図５の回路に適用されることとなる。
すなわち、図４にあって、入力端子１０には、発振回路３０，スイッチング回路３１及び駆動回路３２を介して、交番電圧が印加される。また、入力端子１１はアース接続され、出力端子１７には負荷３３が接続される。さらに、帰還用コンデンサ２０の帰還端子２２には、発振回路３０が抵抗３４を介して接続される。
【００２０】
これにより入力端子１０側に交流電圧が印加されると、各圧電層２ａ〜２ｊの電極５，７間が、圧電縦効果により厚み方向に歪み、これにともない、各圧電層２ａ〜２ｊが長さ方向への歪を生じ、これにより、圧電横効果により入力端子１１と出力端子１７間に電位差を生じて、数十ＫＶの高電圧が該出力端子１７から出力され、負荷３３に印加されることとなる。この高電圧は、出力端子１７と接続されている帰還用コンデンサ２０にも印加される。これにより、帰還電圧が発振回路３０に印加されて正帰還され、この信号の周波数で、発振回路は自励発振することとなる。
【００２１】
一方、図５にあっては、駆動回路３２に対して、パルス電源回路３５と発振回路３０とが並列となり、かつパルス電源回路３５に整流回路３６が接続され、帰還電圧が該整流回路３６に印加されるようにしている。そしてかかる機構により、読取られた帰還電圧に基づき、その電圧が最大となるように、入力電圧の周波数調整がなされることとなり、最適な一次側交流電圧が駆動回路から入力端子１０に印加される。また、読み取られた帰還電圧に基づき、その電圧が一定値以上となるように、入力電圧の電圧調整がなされることにより、所望の安定電圧を出力端子から得ることができる。
【００２２】
このように本発明は、帰還用コンデンサ２０を、適宜の圧電層２ａ〜２ｊに対向状にコンデンサ電極２１ａ，コンデンサ電極２１ｂを形成することにより構成し、発振回路３０又は、整流回路３６側に帰還させるようにしたものである。このため、外付けの帰還用コンデンサが不要となり、従来のように、耐圧性のある帰還用コンデンサを適用する必要がなく、部品点数が少なくなり、かつ回路設計が容易となる。また、高圧側の配線を要しないから、該配線によってもたらされる高コスト化を回避でき、かつ該配線から発生する浮遊容量が問題とならず、かつ配線の電磁誘導によるノイズの発生も考慮する必要はない。従って安定したトランス特性を備える。このため小型で、特性が優れるため、携帯用情報機器等の電子部品として好適である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の積層型圧電トランスは、部分領域の表裏面に交流電源が接続される対向電極を形成して圧電層を積層し、該部分領域の積層により振動部を形成し、端部に振動部による励振によって昇圧せしめた電圧を発生する出力電極を形成すると共に、いずれかの圧電層の表裏面に、一対の帰還用コンデンサ電極を対向状に形成して、帰還用コンデンサを構成するようにしたものである。このため、外付の帰還用コンデンサ電極が不要となり、高圧側の帰還回路の配線も不要となり、従来のように、耐圧性のある帰還用コンデンサを適用する必要がなく、部品点数が少なくなり、かつ回路設計が容易となる。また、高圧側の配線を要しないから、該配線によってもたらされる高コスト化を回避でき、かつ該配線から発生する浮遊容量が問題とならず、かつ配線の電磁誘導によるノイズの発生も考慮する必要はない。このため小型で、特性が優れるため、携帯用情報機器等の電子部品として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層型圧電トランス１の斜視図である。
【図２】各圧電層２ａ〜２ｊを分離して示す、積層型圧電トランス１の分解斜視図である。
【図３】積層型圧電トランス１の各端子位置を示すものであり、イは平面図，ロは側面図である。
【図４】積層型圧電トランス１を用いた回路図である。
【図５】積層型圧電トランス１を用いた他の回路図である。
【図６】入力電圧と、出力電圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１積層型圧電トランス
２ａ〜２ｊ圧電層
５電極
６接続電極
７電極
８接続電極
１０，１１入力端子
１３振動部
１７出力端子
２０帰還用コンデンサ
２１ａ，２１ｂコンデンサ電極
２２帰還端子
３０発振回路

Claims

部分領域の表裏面に交流電源が接続される対向電極を形成してなる圧電層を複数積層して、該部分領域の積層により振動部を形成し、該振動部と離間する端部に、振動部による励振によって昇圧せしめた電圧を発生する出力電極を形成してなる積層型圧電トランスにおいて、
いずれかの圧電層の表裏面に、一対の帰還用コンデンサ電極を対向状に形成して、一方の電極を圧電層の表面にて出力電極と接続し、他方の電極を、トランス外面に形成した帰還端子と接続したことを特徴とする積層型圧電トランス。