JP3587334B2 - 積層型圧電トランス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧変換に用いられる積層型圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電トランスを用いた液晶ディスプレイのバックライト用インバーターやＤＣ／ＤＣコンバーター等の電源回路の検討が盛んとなってきている。この理由は圧電トランスを採用することにより電源回路の飛躍的な小型化・薄型化が実現可能となるためである。
【０００３】
この電源回路用の圧電トランスの一例を図５に示す。この圧電トランスは、従来のローゼン型圧電トランスであり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）よりなる板状の圧電セラミック素子２の図中左半分の上下面に例えば銀焼付けなどにより設けられた入力電極４、６の対を形成し、右側端面にも同様な方法で出力電極８を形成してある。そして、圧電セラミック素子２の左半分の駆動部は厚み方向に、右半分の発電部は長さ方向にそれぞれ矢印に示すように分極される。
【０００４】
このように形成された圧電トランスにおいて、入力電極４、６間に交流電圧源１０より圧電セラミック素子２の長さ方向の共振周波数と略同じ周波数の交流電圧を印加すると、この圧電セラミック素子２は長さ方向に強い機械振動を生じ、これにより右半分の発電部では圧電効果により電荷が発生し、出力電極８と入力電極の一方、例えば入力電極６との間に出力電圧Ｖｏが生ずる。この圧電セラミック素子２の振動モードには図６（Ａ）に示すように、長さ方向に半波長で共振する半波長モード（λ／２モード）と、図６（Ｂ）に示すように一波長で共振する一波長モード（λモード）がある。
【０００５】
同一の周波数で駆動される場合、一波長モードで駆動される圧電トランスの素子は、半波長モードで駆動される素子の２倍の長さとなる。このため、一波長モードで駆動される圧電トランスよりも半波長モードで駆動される圧電トランスの方が小型に構成できる。一方、昇圧比で考えると、一波長モードの方が半波長モードよりも高い昇圧比を得ることができる。
【０００６】
図５に示した単板型の圧電トランスに対し、積層型の圧電トランスも提案されている。この積層型の一例を図７に示す。この積層型圧電トランス素子１は、図中手前半分に入力電極３、５が形成され、他端面に出力電極７が形成されている。この入力電極は、素子１内にも圧電セラミック材料と交互に形成されており、それぞれの入力電極３、３ａ、３ｂ、５、５ａ、５ｂは交互に接続されている。つまり、入力電極３、３ａ、３ｂが側面の接続電極９で接続され、入力電極５、５ａ、５ｂが他側面の接続電極１１で接続されている。そして、この積層型とすることにより、単板型構造に比較し、高い昇圧比の圧電トランスを構成することができる。
【０００７】
上記のように、小型化を考慮した場合、一波長モードよりも半波長モードで駆動すること、また高い昇圧比を得るためには、単板型よりも積層型の圧電トランスが有利であることがわかる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のことから、本発明者らは、入力電極を積層型圧電トランスの中央部に配置した構造を先に提案している。本発明は、この中央部駆動型積層圧電トランスの入力用内部電極の構造を種々検討したものである。
【０００９】
まず、図３に比較例の内部電極構造を示す平面図を示す。この比較例では、圧電体層２１の中央部に入力用内部電極２２を交互にずらして、片方の側面には一方の内部電極が臨むように構成したものである。この比較例の積層後の内部電極の接続状態を図４に示す。この入力用内部電極２２は、側面の接続電極２３で交互に接続されている。
【００１０】
この積層圧電トランスの入力側電極間を分極する際、圧電体層は分極方向に伸び、それと直交する方向に収縮する。このため、入力用内部電極２２とそれに隣接する発電部の境界付近に引っ張り応力が生じる。特に、中央駆動型では、この応力を生じる部分が、入力用内部電極の両側にあり、分極時又は分極後の駆動時に、圧電トランス素子の割れを生じる一因となっている。
【００１１】
本発明は、上記のことを鑑みて、分極時に発生する引っ張り応力を低減し、分極時および素子駆動時に割れを生じない積層型圧電トランスを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中央部に入力用電極が形成された長方形状の圧電体層を積層し、該積層体の長手方向の両端部に出力電極が形成された中央駆動型の積層型圧電トランスであって、前記入力用電極は複数の穴部を有し、前記穴部は、前記積層体の長手方向における入力用電極の境界付近に形成されているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、入力用内部電極２２とそれに隣接する発電部の境界付近に複数個の穴部を形成し、その境界部分に生じる引っ張り応力を低減するものである。
【００１４】
本発明に係る一実施例の斜視図を図１に示す。また、この実施例の内部電極の様子を示す平面図を図２に示す。この実施例は、図２に示すように、圧電体磁器のグリーンシート５１上に、導電体（Ａｇ／Ｐｄペースト等）のパターン印刷により、入力用内部電極５２及び引出部５３が形成され、このグリーンシートを所定枚数積層し、圧着して焼成し、積層型圧電トランスを得たものである。この実施例の入力用内部電極５２は、境界付近に複数の穴部５４が形成されている。この穴部５４は、パターン印刷する際に形成される。
【００１５】
この実施例は、図１に示すように、上下面に一対の入力電極５５が形成され、側面には、側面に引き出された引出部５３を接続する連結電極５６が形成されて、それぞれ上下の入力電極５５に導通している。また、この積層型圧電トランス５９の両端面には、出力電極５７が形成されている。また、上下の入力電極５５には、リード線５８が半田付けされている。このとき、リード線５８は入力電極５５の中央部で半田付けされている。
【００１６】
この実施例において、ＰＺＴ系圧電セラミック材料を用い、外径寸法が２１．４ｍｍ×４．８ｍｍ×１．６ｍｍ（高さ）、積層数２３層の積層型圧電トランスを構成した。入力用内部電極の境界部の穴は、直径０．３ｍｍの穴を２列に配置した。各列の穴間は０．５ｍｍ、列間は０．４３ｍｍで、穴の総数は、片側に２３個、両側で４６個形成した。尚、分極処理は１２０℃のシリコーンオイル中で、入出力間とも２．５ｋＶ／ｍｍの電界を５分間印加することにより行った。
この実施例を５０個作成したが、分極時及び分極後の駆動時の割れは生じなかった。尚、比較例の構造では、５０個中で３個の割れを生じた。
【００１７】
この実施例では、入力電極を素子中央に配置した中央駆動型の圧電トランスであり、しかも積層型で構成している。この駆動方式は、１／２λ型の圧電トランスを構成した。これにより、割れなどの不具合が無く、小型で、高い昇圧比の圧電トランスを構成できた。
【００１８】
またこの実施例は、入力用の内部電極を長方形状の圧電体層の中央に、側面に臨ませることなく内側に形成し、互いに同じ領域で対向するように構成し、内部電極よりも十分に幅の狭い引出部を形成している。これににより、対向する内部電極が同形状で、重ね合わされているので、引出部の狭い領域を除き、水平方向への分極を防ぐことができる。
しかも内部電極は、引出部を除いて内部に形成されているので、大気中の湿度（特にＡｇ電極のマイグレーション）や汚れに起因する側面での電気的短絡を防ぐことができる。また、側面には、その側面にて接続されるべき電極しか臨んでいないので、容易に接続でき、しかも短絡の危険性もない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、分極時又は駆動時に発生する内部応力が低減し、割れなどの不具合を防止した構造の積層型圧電トランスを構成でき、しかも中央駆動型で、小型で、高い昇圧比を有する圧電トランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の斜視図である。
【図２】図１の実施例の入力用内部電極の様子を示す平面図である。
【図３】本発明に係る比較例の入力用内部電極の様子を示す平面図である。
【図４】図３の比較例の斜視図である。
【図５】従来例の斜視図である。
【図６】半波長モード、一波長モードの場合の振動の様子を示した図である。
【図７】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
５１ 圧電体磁器のグリーンシート（圧電体層）
５２ 入力用内部電極
５３ 引出部
５４ 穴部
５５ 入力電極
５６ 連結電極
５７ 出力電極
５８ リード線
５９ 積層型圧電トランス
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧変換に用いられる積層型圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電トランスを用いた液晶ディスプレイのバックライト用インバーターやＤＣ／ＤＣコンバーター等の電源回路の検討が盛んとなってきている。この理由は圧電トランスを採用することにより電源回路の飛躍的な小型化・薄型化が実現可能となるためである。
【０００３】
この電源回路用の圧電トランスの一例を図５に示す。この圧電トランスは、従来のローゼン型圧電トランスであり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）よりなる板状の圧電セラミック素子２の図中左半分の上下面に例えば銀焼付けなどにより設けられた入力電極４、６の対を形成し、右側端面にも同様な方法で出力電極８を形成してある。そして、圧電セラミック素子２の左半分の駆動部は厚み方向に、右半分の発電部は長さ方向にそれぞれ矢印に示すように分極される。
【０００４】
このように形成された圧電トランスにおいて、入力電極４、６間に交流電圧源１０より圧電セラミック素子２の長さ方向の共振周波数と略同じ周波数の交流電圧を印加すると、この圧電セラミック素子２は長さ方向に強い機械振動を生じ、これにより右半分の発電部では圧電効果により電荷が発生し、出力電極８と入力電極の一方、例えば入力電極６との間に出力電圧Ｖｏが生ずる。この圧電セラミック素子２の振動モードには図６（Ａ）に示すように、長さ方向に半波長で共振する半波長モード（λ／２モード）と、図６（Ｂ）に示すように一波長で共振する一波長モード（λモード）がある。
【０００５】
同一の周波数で駆動される場合、一波長モードで駆動される圧電トランスの素子は、半波長モードで駆動される素子の２倍の長さとなる。このため、一波長モードで駆動される圧電トランスよりも半波長モードで駆動される圧電トランスの方が小型に構成できる。一方、昇圧比で考えると、一波長モードの方が半波長モードよりも高い昇圧比を得ることができる。
【０００６】
図５に示した単板型の圧電トランスに対し、積層型の圧電トランスも提案されている。この積層型の一例を図７に示す。この積層型圧電トランス素子１は、図中手前半分に入力電極３、５が形成され、他端面に出力電極７が形成されている。この入力電極は、素子１内にも圧電セラミック材料と交互に形成されており、それぞれの入力電極３、３ａ、３ｂ、５、５ａ、５ｂは交互に接続されている。つまり、入力電極３、３ａ、３ｂが側面の接続電極９で接続され、入力電極５、５ａ、５ｂが他側面の接続電極１１で接続されている。そして、この積層型とすることにより、単板型構造に比較し、高い昇圧比の圧電トランスを構成することができる。
【０００７】
上記のように、小型化を考慮した場合、一波長モードよりも半波長モードで駆動すること、また高い昇圧比を得るためには、単板型よりも積層型の圧電トランスが有利であることがわかる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のことから、本発明者らは、入力電極を積層型圧電トランスの中央部に配置した構造を先に提案している。本発明は、この中央部駆動型積層圧電トランスの入力用内部電極の構造を種々検討したものである。
【０００９】
まず、図３に比較例の内部電極構造を示す平面図を示す。この比較例では、圧電体層２１の中央部に入力用内部電極２２を交互にずらして、片方の側面には一方の内部電極が臨むように構成したものである。この比較例の積層後の内部電極の接続状態を図４に示す。この入力用内部電極２２は、側面の接続電極２３で交互に接続されている。
【００１０】
この積層圧電トランスの入力側電極間を分極する際、圧電体層は分極方向に伸び、それと直交する方向に収縮する。このため、入力用内部電極２２とそれに隣接する発電部の境界付近に引っ張り応力が生じる。特に、中央駆動型では、この応力を生じる部分が、入力用内部電極の両側にあり、分極時又は分極後の駆動時に、圧電トランス素子の割れを生じる一因となっている。
【００１１】
本発明は、上記のことを鑑みて、分極時に発生する引っ張り応力を低減し、分極時および素子駆動時に割れを生じない積層型圧電トランスを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中央部に入力用電極が形成された長方形状の圧電体層を積層し、該積層体の長手方向の両端部に出力電極が形成された中央駆動型の積層型圧電トランスであって、前記入力用電極は複数の穴部を有し、前記穴部は、前記積層体の長手方向における入力用電極の境界付近に形成されているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、入力用内部電極２２とそれに隣接する発電部の境界付近に複数個の穴部を形成し、その境界部分に生じる引っ張り応力を低減するものである。
【００１４】
本発明に係る一実施例の斜視図を図１に示す。また、この実施例の内部電極の様子を示す平面図を図２に示す。この実施例は、図２に示すように、圧電体磁器のグリーンシート５１上に、導電体（Ａｇ／Ｐｄペースト等）のパターン印刷により、入力用内部電極５２及び引出部５３が形成され、このグリーンシートを所定枚数積層し、圧着して焼成し、積層型圧電トランスを得たものである。この実施例の入力用内部電極５２は、境界付近に複数の穴部５４が形成されている。この穴部５４は、パターン印刷する際に形成される。
【００１５】
この実施例は、図１に示すように、上下面に一対の入力電極５５が形成され、側面には、側面に引き出された引出部５３を接続する連結電極５６が形成されて、それぞれ上下の入力電極５５に導通している。また、この積層型圧電トランス５９の両端面には、出力電極５７が形成されている。また、上下の入力電極５５には、リード線５８が半田付けされている。このとき、リード線５８は入力電極５５の中央部で半田付けされている。
【００１６】
この実施例において、ＰＺＴ系圧電セラミック材料を用い、外径寸法が２１．４ｍｍ×４．８ｍｍ×１．６ｍｍ（高さ）、積層数２３層の積層型圧電トランスを構成した。入力用内部電極の境界部の穴は、直径０．３ｍｍの穴を２列に配置した。各列の穴間は０．５ｍｍ、列間は０．４３ｍｍで、穴の総数は、片側に２３個、両側で４６個形成した。尚、分極処理は１２０℃のシリコーンオイル中で、入出力間とも２．５ｋＶ／ｍｍの電界を５分間印加することにより行った。
この実施例を５０個作成したが、分極時及び分極後の駆動時の割れは生じなかった。尚、比較例の構造では、５０個中で３個の割れを生じた。
【００１７】
この実施例では、入力電極を素子中央に配置した中央駆動型の圧電トランスであり、しかも積層型で構成している。この駆動方式は、１／２λ型の圧電トランスを構成した。これにより、割れなどの不具合が無く、小型で、高い昇圧比の圧電トランスを構成できた。
【００１８】
またこの実施例は、入力用の内部電極を長方形状の圧電体層の中央に、側面に臨ませることなく内側に形成し、互いに同じ領域で対向するように構成し、内部電極よりも十分に幅の狭い引出部を形成している。これににより、対向する内部電極が同形状で、重ね合わされているので、引出部の狭い領域を除き、水平方向への分極を防ぐことができる。
しかも内部電極は、引出部を除いて内部に形成されているので、大気中の湿度（特にＡｇ電極のマイグレーション）や汚れに起因する側面での電気的短絡を防ぐことができる。また、側面には、その側面にて接続されるべき電極しか臨んでいないので、容易に接続でき、しかも短絡の危険性もない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、分極時又は駆動時に発生する内部応力が低減し、割れなどの不具合を防止した構造の積層型圧電トランスを構成でき、しかも中央駆動型で、小型で、高い昇圧比を有する圧電トランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の斜視図である。
【図２】図１の実施例の入力用内部電極の様子を示す平面図である。
【図３】本発明に係る比較例の入力用内部電極の様子を示す平面図である。
【図４】図３の比較例の斜視図である。
【図５】従来例の斜視図である。
【図６】半波長モード、一波長モードの場合の振動の様子を示した図である。
【図７】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
５１ 圧電体磁器のグリーンシート（圧電体層）
５２ 入力用内部電極
５３ 引出部
５４ 穴部
５５ 入力電極
５６ 連結電極
５７ 出力電極
５８ リード線
５９ 積層型圧電トランス
Claims (1)
- 中央部に入力用電極が形成された長方形状の圧電体層を積層し、該積層体の長手方向の両端部に出力電極が形成された中央駆動型の積層型圧電トランスであって、
前記入力用電極は複数の穴部を有し、前記穴部は、前記積層体の長手方向における入力用電極の境界付近に形成されていることを特徴とする積層型圧電トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6958197A JP3587334B2 (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 積層型圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6958197A JP3587334B2 (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 積層型圧電トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270768A JPH10270768A (ja) | 1998-10-09 |
| JP3587334B2 true JP3587334B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=13406932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6958197A Expired - Fee Related JP3587334B2 (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 積層型圧電トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3587334B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002280631A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Hitachi Metals Ltd | 圧電トランス |
| JP5154580B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2013-02-27 | 京セラ株式会社 | 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム |
-
1997
- 1997-03-24 JP JP6958197A patent/JP3587334B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10270768A (ja) | 1998-10-09 |
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