JP3849190B2 - 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、圧電体内に入出力部としての低インピーダンス部と、出入力部としての高インピーダンス部とを一体的に構成してなる圧電トランスに関し、より詳細には、数〜数百ｋＨｚ帯において、低い出力インピーダンスが求められる用途に適した圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
数十〜数百ｋＨｚ帯で使用される圧電トランスとして、ローゼン型圧電トランスが知られている。
【０００３】
図１２に示すように、ローゼン型圧電トランス５１は、直方体状の圧電セラミックス５２を用いて構成されている。圧電セラミックス５２において、低インピーダンス部５３と、高インピーダンス部５４とが一体に構成されている。
【０００４】
低インピーダンス部５３は、図示の矢印で示すように厚み方向に分極処理されており、厚み方向に対向するように電極５５ａ，５５ｂを形成した構造を有する。
【０００５】
高インピーダンス部５４は、図示の矢印で示すように圧電セラミックス５２の長さ方向に分極処理されている。高インピーダンス部５４では、長さ方向に直交する圧電セラミックス５２の端面に電極５５ｃが形成されている。
【０００６】
例えば、昇圧用トランスとして用いる場合、低インピーダンス部５３において、電極５５ａ，５５ｂ間に電圧を印加すると、圧電逆効果により、圧電セラミックス５２の長さ方向寸法により決定される振動数の長さ方向縦振動が励振される。
【０００７】
高インピーダンス部５４では、上記長さ方向縦振動に基づく振動エネルギーが圧電正効果により、電力として取り出される。高インピーダンス部５４のインピーダンスは低インピーダンス部５３のインピーダンスよりも高くなり、電極５５ｃから高電圧を取り出すことができる。
【０００８】
上記ローゼン型圧電トランス５１は、小型化が容易であり、不燃化が可能である。
しかしながら、ローゼン型圧電トランス５１では、電極５５ｃが圧電セラミックス５２の長さ方向に直交する端面に形成されている。従って、電極５５ｃが長さ方向縦振動の腹の位置に形成されているため、電極５５ｃにリード線などを接続すると、振動が阻害される。そのため、設計通りの高出力電圧を得ることは困難であった。また、リード線引出しに工夫を要するため、コスト増大を免れなかった。さらに、長期間の信頼性が不十分であった。
【０００９】
また、圧電セラミックス５２において、低インピーダンス部５３については厚み方向に分極処理し、高インピーダンス部５４については長さ方向に沿うように分極処理しなければならないため、分極作業が煩雑であった。さらに、分極方向が異なるため、低インピーダンス部５３と高インピーダンス部５４との接合部分に応力が加わり易いという問題があった。
【００１０】
加えて、上記ローゼン型圧電トランス５１では、低インピーダンス部５３については積層構造を採用することにより、より一層の低インピーダンス化が可能であるが、高インピーダンス部５４については、積層構造を利用して低インピーダンス化を果たすことができない。すなわち、高インピーダンス部５４側の負荷インピーダンスは、実用的な圧電トランス５１の大きさを考慮すると、数十ｋΩ以上となり、より一層の低インピーダンス化が果たせなかった。そのため、圧電トランス５１は、高インピーダンス部５４を出力側として昇圧トランスとして使用した場合は、実用に適した負荷インピーダンスが数十ｋΩ以上となり、より低いインピーダンスでは十分な電力を取り出すことが困難であった。その結果、電流値が小さな高圧電源や冷陰極管などの点灯用トランスなどに、その用途が限定されていた。
【００１１】
上記のような問題を解決するものとして、特開平５−２５１７８２号公報には、図１３に示す圧電トランス６１が開示されている。
圧電トランス６１では、直方体状の圧電体６２に、低インピーダンス部６３と、高インピーダンス部６４とが長さ方向に沿って配置されるように一体に構成されている。低インピーダンス部６３では、圧電体層６２ａ〜６２ｅを介して、複数の電極６５ａ〜６５ｆが厚み方向に重なり合うように形成されている。
【００１２】
圧電体層６２ａ〜６２ｅは、図示の矢印で示すように、隣接する圧電体層が厚み方向において反対方向となるように分極処理されている。
高インピーダンス部６４では、圧電体６２が図示の矢印で示すように厚み方向に一様に分極処理されており、電極６６ａ，６６ｂが圧電体６２の上面及び下面に形成されている。
【００１３】
圧電トランス６１では、低インピーダンス部６３に電圧を印加すると、圧電体６２の長さ方向寸法により決定される長さ方向縦振動が励振される。そして、該長さ方向縦振動に基づき、圧電正効果により高インピーダンス部６４の電極６６ａ，６６ｂ間から高電圧が取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電トランス６１では、低インピーダンス部６３と高インピーダンス部６４とが、圧電体６２の長さ方向に沿うように配置されて一体化されている。従って、圧電体６２の長さ方向寸法をさほど短くすることができず、より高周波帯で使用することが困難であった。
【００１５】
本発明の目的は、小型であり、低出力インピーダンスが求められる電源回路等にも好適に用いることができ、かつより高周波帯で用いることが可能な圧電トランスを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧電体に、入力部または出力部としての低インピーダンス部と、出力部または入力部としての高インピーダンス部とを一体に構成してなる圧電トランスにおいて、前記圧電体は、長さ方向寸法が幅方向寸法よりも長く、長さ方向及び幅方向と直交する方向が厚み方向となる形状を有し、前記低インピーダンス部には、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように、かつ圧電体の幅方向と直交する第１の側面に導出されるように複数の電極が形成されており、前記高インピーダンス部は、圧電体の幅方向において前記低インピーダンス部の前記第１の側面とは反対側に構成されており、前記高インピーダンスには、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように、かつ第１の側面に対向されている第２の側面に導出されるように、低インピーダンス部の電極よりも少ない数の電極が形成されており、低インピーダンス部または高インピーダンス部の電極に接続されるように、第１，第２の側面に、それぞれ、第１，第２の外部電極が形成されており、前記低インピーダンス部及び高インピーダンス部の電極間に挟まれた圧電体層が厚み方向に分極処理されており、長さ方向縦振動モードで動作するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明にかかる圧電トランスにおいて、長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されており、前記第１，第２の側面に形成されている第１，第２の外部電極が第１，第２の側面の長さ方向中央近傍に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明にかかる圧電トランスは、長さ方向縦振動の３次モードで動作するように構成されており、前記第１，第２の側面に形成されている第１，第２の外部電極が、第１，第２の側面において、長さ方向中央近傍の位置、または励振される振動の波長をλとしたときに長さ方向一端からλ／４もしくはその近傍の位置に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明にかかる圧電トランスは、上記請求項１〜３の何れかに記載の圧電トランスにおいて、前記圧電体の第１，第２の側面に長さ方向縦振動モードで動作させた際の振動のノードに対応する少なくとも１つの位置の両側に一対の溝が圧電体の厚み方向に延びるように形成されており、該一対の溝で挟まれた領域に、前記第１または第２の外部電極が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明にかかる圧電トランスの実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の構造例にかかる圧電トランスの斜視図である。圧電トランス１は、直方体状の圧電体２を用いて構成されている。圧電体２は、例えば圧電セラミックスまたは圧電単結晶などの圧電材料により構成し得るが、本実施例では、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスにより構成されており、後述するように一体焼成型の焼結体として構成されている。
【００２２】
圧電体２は直方体状の形状を有する。図１において、圧電体２の上面２ｘの長辺に沿う方向を長さ方向、短辺に沿う方向を幅方向とし、上面及び下面を結ぶ方向を厚み方向とする。
【００２３】
圧電体２には、幅方向に沿って低インピーダンス部３と高インピーダンス部４とが一体に構成されている。低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の構造を、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である図４を参照して説明する。
【００２４】
図４に示すように、低インピーダンス部３においては、圧電体層２ａ〜２ｈを介して複数の電極５ａ〜５ｉが厚み方向に重なり合うように配置されている。電極５ａ，５ｉは圧電体２の上面及び下面に形成されており、電極５ｂ〜５ｈは内部電極として形成されている。もっとも、低インピーダンス部３において厚み方向に重なり合う電極については、その全てが内部電極で構成されていてもよい。
【００２５】
電極５ａ〜５ｉに挟まれている圧電体層２ａ〜２ｈは、図４に矢印で示すように、隣接する圧電体層が厚み方向において反対方向となる方向に分極処理されている。
【００２６】
他方、高インピーダンス部４においては、圧電体層２ｉ〜２ｌを介して複数の電極６ａ〜６ｅが厚み方向に重なり合うように配置されている。高インピーダンス部４においても、圧電体層２ｉ〜２ｌは厚み方向において反対方向に分極処理されている。
【００２７】
図１に戻り、電極５ａ，６ａは何れも、その長さ方向が圧電体２の長さ方向と同様となるように配置された矩形の導電膜により形成されている。図２に略図的分解図で示すように、他の電極５ｂ〜５ｉ，６ｂ〜６ｅについても同様の形状を有する。
【００２８】
さらに、図１〜図３から明らかなように、低インピーダンス部３においては、電極５ａ〜５ｉは、圧電体２の幅方向と直交する第１の側面２ｍに導出されている。他方、高インピーダンス部４においては、電極６ａ〜６ｅは、圧電体２の幅方向と直交する第２の側面２ｎに導出されている。この場合、低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の何れにおいても、厚み方向に重なり合っている電極は厚み方向に沿って交互に異なる位置に引き出されている。例えば、図５から明らかなように、電極５ａ，５ｃ，５ｅ，５ｇ，５ｉと、電極５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈとが異なる位置に引き出されている。図３は、このような電極の引出し位置を示す平面図である。また、図１から明らかなように、電極６ａ〜６ｅにおいても、電極６ａ，６ｃ，６ｅと、電極６ｂ，６ｄとが、第２の側面２ｎにおいて異なる位置に引き出されている。
【００２９】
図６に示すように、第１の側面２ｍには、第１の外部電極７ａ，７ｂが形成されている。外部電極７ａは、電極５ａ，５ｃ，５ｅ，５ｇ，５ｉに、外部電極７ｂは、電極５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈに電気的に接続されるように形成されている。また、第２の側面２ｎには、第２の外部電極８ａ，８ｂが形成されている。外部電極８ａは、電極６ａ，６ｃ，６ｅに接続されるように形成されている。外部電極８ｂは、電極６ｂ，６ｄに電気的に接続されるように形成されている。
【００３０】
圧電トランス１は、上記のように、複数の圧電体層を介して複数の電極を重なり合うように配置することにより、低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４を構成した構造を有する。従って、圧電トランス１は、積層コンデンサの製造方法に慣用されている周知の一体焼成技術を用いて容易に形成することができ、小型化も容易である。すなわち、圧電体２を構成するための圧電性セラミックグリーンシート上に電極５ａ〜５ｉ，６ａ〜６ｅを構成するために、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ合金などを含む導電ペーストを印刷し、該導電ペーストが印刷された複数枚の圧電性セラミックグリーンシートを積層し、得られた積層を加圧した後、焼成することにより得ることができる。
【００３１】
なお、電極５ａ〜５ｉ，６ａ〜６ｅを構成する材料については、電極として機能させ得る導電性材料である限り、特に限定されるものではない。
圧電トランス１では、上記のように低インピーダンス部３が高インピーダンス部４と圧電体２内において一体化されており、しかも、圧電体２の幅方向に沿うように配置されている。すなわち、高インピーダンス部４は、低インピーダンス部３と幅方向において第１の側面２ｍとは反対側に配置されている。
【００３２】
従って、圧電体２の長さ方向寸法を低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の配置等に関係なく設定することができる。よって、小型化を図りつつ、より高周波帯で動作させ得る圧電トランスを得ることができる。
【００３３】
圧電トランス２を動作させるに際しては、例えば、昇圧トランスとして用いる場合には、低インピーダンス部３を入力側とし、高インピーダンス部４を出力側とする。すなわち、第１の外部電極７ａ，７ｂから入力電圧を印加すると、圧電体２の長さ方向寸法により決定される長さ縦振動が圧電逆効果により励振される。従って、高インピーダンス部４においては、圧電正効果により、該長さ縦振動に基づく振動エネルギーが電圧として取り出される。
【００３４】
この場合、出力電圧が低インピーダンス部３と高インピーダンス部４とのインピーダンス比により定められ、高インピーダンス部４のインピーダンスが低インピーダンス部３よりも高いため、高電圧が第２の外部電極８ａ，８ｂから取り出される。
【００３５】
逆に、降圧トランスとして使用する場合は、高インピーダンス部４を入力側とし、低インピーダンス部３を出力側として用いればよい。
本実施例の圧電トランス１では、上記のような構造を有するため、低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の何れにおいても、積層する電極の数や長さ方向寸法を調整することにより、それぞれのインピーダンス値を容易にかつ高精度に制御することができる。
【００３６】
なお、高インピーダンス部４においては、複数の電極６ａ〜６ｅが積層されていたが、より少ない数の電極が積層されていてもよく、かつ内部電極を有せずに圧電体２の上面及び下面にのみ電極を形成してもよく、それによって、高インピーダンス部４のインピーダンス値をより大きくすることができる。
【００３７】
上記圧電トランス１は、長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されている。従って、外部電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、第１，第２の側面２ｍ，２ｎにおいて長さ方向中央近傍に形成されている。これを、図７を参照して説明する。
【００３８】
図７は、圧電トランス１の低インピーダンス部３に電圧を印加して長さ方向縦振動の１次モードで励振した場合を説明するための略図的平面図であり、ここでは、高インピーダンス部４の電極の図示は省略してある。長さ方向縦振動の１次モードでは、図７に圧電体２の下方に示す曲線Ｃで示すように圧電体２が変位する。なお、曲線Ｃは、圧電体２の長さ方向の変位状態を略図的に示す曲線である。
【００３９】
長さ方向縦振動の１次モードで圧電体２を振動させた場合、図７の曲線Ｃで示す振動姿態と、曲線Ｄで示す振動姿態とを繰り返すように圧電体２が振動する。従って、この長さ方向縦振動の１次モードでは、長さ方向寸法の中点である中心Ｏが振動のノードとなる。そこで、前述したように、第１，第２の外部電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが、第１，第２の側面２ｍ，２ｎの長さ方向中心近傍に形成されている。
【００４０】
変形例
上記構造例では、長さ方向縦振動の１次モードを用いるため、外部電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが第１，第２の側面２ｍ，２ｎの長さ方向中心近傍に形成されていた。これに対して、本発明にかかる圧電トランスは、長さ方向縦振動の３次モードで動作するように構成されてもよい。図８に略図的平面図で示すように、低インピーダンス部３を長さ方向縦振動の３次モード振動させた場合、図８の下方に示す曲線Ｅで示すように圧電体２が振動する。
【００４１】
曲線Ｅは、圧電体２の長さ方向の振動姿態を示し、従って、振動のノードは、図８の曲線Ｅ上に示す、点Ｏ1 〜Ｏ3 に表れることになる。点Ｏ1 は長さ方向中心であり、点Ｏ2 ，Ｏ3 は、それぞれ、圧電体２の長さ方向端部から長さ方向内側にλ／４の位置にある。なお、λは、励振される振動の波長である。
【００４２】
よって、長さ方向縦振動の３次モードを利用する場合には、外部電極は、圧電体２の第１，第２の側面２ｍ，２ｎの長さ方向中央近傍と、圧電体２の長さ方向一端から内側にλ／４の位置近傍に形成すればよい。よって、図８に示すように、低インピーダンス部３においては、電極５ａは、圧電体２の長さ方向一端２ｏからλ／４離れた位置に導出されており、その位置に外部電極７ａが形成されている。
【００４３】
なお、図８に破線Ｆ，Ｇで示すように、第１の側面２ｍの長さ方向中央または他端からλ／４離れた位置に電極５ａを導出し、外部電極を形成してもよい。また、外部電極５ａとは異なる電位に接続される電極、例えば電極５ｂ（図４参照）については、電極５ａと異なる位置に引き出される必要があるため、上記破線Ｆ，Ｇで示した位置に導出し、外部電極と電気的に接続すればよい。
【００４４】
低インピーダンス部３についてのみ説明したが、長さ方向縦振動の３次モードにおける振動のノードが上述した位置に表れるため、高インピーダンス部４についても、電極の引出し位置及び外部電極形成位置は、第２の側面２ｎの長さ方向中央近傍及び長さ方向端部から内側にλ／４の位置近傍とすればよい。
【００４５】
上記のように、長さ方向縦振動の３次モードを利用した場合には、外部電極形成位置を、第１，第２の側面２ｍ，２ｎにおいて、長さ方向中央近傍と、長さ方向端部から内側にλ／４の位置近傍とすることにより、外部との接続構造による振動のダンピング等を生じることなく、所望通りの高電圧を圧電トランスから取り出すことができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明にかかる実施例
図９〜図１１は、請求項４に記載の発明にかかる圧電トランスについての例を説明するための図である。
【００４７】
図９に示すように、圧電トランス１１は、圧電体２の第１，第２の側面２ｍ，２ｎに一対の溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがそれぞれ形成されていることを除いては、図１に示した圧電トランス１と同様に構成されている。従って、圧電トランス２の内部構造については、図１に示した圧電トランス１の説明を援用することにより省略する。
【００４８】
溝１２ａ，１２ｂは、側面２ｍの長さ方向中央を挟んだ両側において、圧電体２の厚み方向に延びるように形成されている。すなわち、圧電トランス１１は、圧電トランス１と同様に長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されているため、側面２ｍ上に形成された第１の外部電極７ａ，７ｂは、側面２ｍの長さ方向中央近傍に形成されている。
【００４９】
上記溝１２ａ，１２ｂは、第１の外部電極７ａ，７ｂの両側に配置されており、言い換えれば、溝１２ａ，１２ｂは振動のノードに対応する位置の両側に形成されており、かつ該溝１２ａ，１２ｂに挟まれた領域に第１の外部電極７ａ，７ｂが形成されている。
【００５０】
同様に、第２の側面２ｎにおいても、一対の溝１２ｃ，１２ｄが圧電体２の振動のノードに対応する位置の両側において、圧電体２の厚み方向に延びるように形成されており、かつ溝１２ｃ，１２ｄ間の領域に第２の外部電極８ａ，８ｂが形成されている（図１０参照）。
【００５１】
溝１２ａ〜１２ｄの形成により、圧電トランス１１では、長さ方向縦振動の１次モードで励振した場合、外部電極７ａ〜８ｂへの振動の伝搬が効果的に抑制される。すなわち、外部電極７ａ〜８ｄは振動のノード近傍に形成されているため、リード線などによって接続した場合でも接続構造によって振動が阻害され難いが、本構造例では、上記溝１２ａ〜１２ｄの形成により振動の伝搬がより、効果的に抑制され、より効率の良い構成が可能とされている。
【００５２】
また、図１１は、長さ方向縦振動の３次モードを利用した圧電トランスにおいて、側面に溝を形成した変形例を示す平面図である。ここでは、圧電トランス２１において、高さ方向縦振動の３次モードで動作させた場合の振動のノードの両側に溝２２ａ〜２２ｄ，２２ｅ〜２２ｈが形成されており、一対の溝で挟まれた領域において外部電極が形成されている。
【００５３】
すなわち、第１の側面２ｍにおいては、長さ方向中央両側に溝２２ａ，２２ｂが形成されており、溝２２ａ，２２ｂ間に外部電極７ａが形成されている。また、圧電体２の長さ方向一端から長さ方向内側にλ／４離れた位置の片側に溝２２ｃが配置されており、反対側に溝２２ｄが形成されている。従って、溝２２ｃ，２２ｄ間の領域に、外部電極７ｂが形成されている。
【００５４】
同様に、高インピーダンス部４においても、第２の側面２ｎの長さ方向中央を挟んだ両側に溝２２ｅ，２２ｆが形成されており、溝２２ｅ，２２ｆ間に外部電極８ａが形成されている。また、圧電体２の長さ方向一端から内側にλ／４離れた位置の片側には溝２２ｇが配置されており、反対側に溝２２ｈが形成されている。従って、溝２２ｇ，２２ｈ間の領域に、外部電極８ｂが形成されている。
【００５５】
図１１から明らかなように、長さ方向縦振動の３次モードを用いた圧電トランス２１においても、振動ノードとなる位置の両側に一対の溝を形成し、該溝間の領域に外部電極を形成することにより、より高効率な伝送ができる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にかかる圧電トランスでは、圧電体に低インピーダンス部及び高インピーダンス部が圧電体の幅方向に沿うように配置されて一体化されている。従って、低インピーダンス部及び高インピーダンス部の長さ方向寸法を、一対のインピーダンス部を配置する構造による制約を受けることなく、目的とする周波数帯に応じて決定することができる。従って、より高い周波数で使用し得る圧電トランスを得ることができる。
【００５７】
加えて、高インピーダンス部及び低インピーダンス部のインピーダンス値については、圧電体層を介して重なり合う電極の幅方向寸法及び積層数を調整することにより容易に制御することができる。さらに、高インピーダンス部についても、複数の電極を厚み方向に重なり合うように配置した構造を有するため、高インピーダンス部のインピーダンスを広範囲に設定し得る。従って、高インピーダンス部側の負荷インピーダンスを数十ｋΩ以下とすることができ、電流値の大きな用途にも適した圧電トランスを容易に提供することができる。
【００５８】
さらに、低インピーダンス部及び高インピーダンスの何れにおいても、圧電体を厚み方向に分極すればよいだけであるため、分極作業も容易に行い得る。
よって、圧電トランスの利点である小型化を妨げることなく、従来の圧電トランスに比べて広範な用途に用い得る圧電トランスを提供することができる。
【００５９】
請求項２に記載の発明では、長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されており、しかも、第１，第２の外部電極が第１，第２の側面の長さ方向中央近傍に形成されているため、長さ方向縦振動の１次モードで動作させた場合、外部電極と外部との接続構造によって振動が阻害され難い。よって、長さ方向縦振動の１次モードを利用して高効率を得ることができ、１次モードであるため、最も小型化が可能である。
【００６０】
同様に、請求項３に記載の発明においても、同様に、第１，第２の外部電極が長さ方向縦振動の３次モードで動作させた場合の振動のノード近傍に配置されているため、同様に、長さ方向縦振動の３次モードを利用して高い出力電圧を取り出すことができる。
【００６１】
請求項４に記載の発明では、圧電体の第１，第２の側面に、振動のノードに対応する位置の両側に一対の溝が圧電体の厚み方向に延びるように形成されており、該一対の溝で挟まれた領域に外部電極が形成されているので、外部電極形成位置への振動の伝搬を抑制することができ、それによってより一層高い出力電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる圧電トランスを示す斜視図。
【図２】図１に示した圧電トランスの電極構造を説明するための模式的分解斜視図。
【図３】図１に示した圧電トランスの平面図。
【図４】図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図。
【図５】図１に示した圧電トランス１の第１の側面２ｍ側から見た側面図（外部電極形成前）。
【図６】図１に示した圧電トランス１の第２の側面２ｍ側から見た側面図（外部電極形成後）。
【図７】圧電トランス１を長さ方向振動の１次モードで動作させた場合の振動のノード説明するための模式的平面図。
【図８】本発明にかかる圧電トランスを長さ方向縦振動の３次モードで励振させた場合の振動のノード説明するための模式的側面図。
【図９】本発明の第２の実施例にかかる圧電トランスを説明するための斜視図。
【図１０】図９に示した圧電トランスの平面図。
【図１１】長さ方向縦振動の３次モードを利用した圧電トランスにおいて溝を形成した構造を説明するための平面図。
【図１２】従来のローゼン型圧電トランスを説明するための斜視図。
【図１３】従来の圧電トランスを示す斜視図。
【符号の説明】
１…圧電トランス
２…圧電体
２ａ〜２ｌ…圧電体層
２ｍ…第１の側面
２ｎ…第２の側面
５ａ〜５ｉ，６ａ〜６ｅ…電極
７ａ，７ｂ…第１の外部電極
８ａ，８ｂ…第２の外部電極
１１…圧電トランス
１２ａ〜１２ｄ…溝
２１…圧電トランス
２２ａ〜２２ｈ…溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体内に入出力部としての低インピーダンス部と、出入力部としての高インピーダンス部とを一体的に構成してなる圧電トランスに関し、より詳細には、数〜数百ｋＨｚ帯において、低い出力インピーダンスが求められる用途に適した圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
数十〜数百ｋＨｚ帯で使用される圧電トランスとして、ローゼン型圧電トランスが知られている。
【０００３】
図１２に示すように、ローゼン型圧電トランス５１は、直方体状の圧電セラミックス５２を用いて構成されている。圧電セラミックス５２において、低インピーダンス部５３と、高インピーダンス部５４とが一体に構成されている。
【０００４】
低インピーダンス部５３は、図示の矢印で示すように厚み方向に分極処理されており、厚み方向に対向するように電極５５ａ，５５ｂを形成した構造を有する。
【０００５】
高インピーダンス部５４は、図示の矢印で示すように圧電セラミックス５２の長さ方向に分極処理されている。高インピーダンス部５４では、長さ方向に直交する圧電セラミックス５２の端面に電極５５ｃが形成されている。
【０００６】
例えば、昇圧用トランスとして用いる場合、低インピーダンス部５３において、電極５５ａ，５５ｂ間に電圧を印加すると、圧電逆効果により、圧電セラミックス５２の長さ方向寸法により決定される振動数の長さ方向縦振動が励振される。
【０００７】
高インピーダンス部５４では、上記長さ方向縦振動に基づく振動エネルギーが圧電正効果により、電力として取り出される。高インピーダンス部５４のインピーダンスは低インピーダンス部５３のインピーダンスよりも高くなり、電極５５ｃから高電圧を取り出すことができる。
【０００８】
上記ローゼン型圧電トランス５１は、小型化が容易であり、不燃化が可能である。
しかしながら、ローゼン型圧電トランス５１では、電極５５ｃが圧電セラミックス５２の長さ方向に直交する端面に形成されている。従って、電極５５ｃが長さ方向縦振動の腹の位置に形成されているため、電極５５ｃにリード線などを接続すると、振動が阻害される。そのため、設計通りの高出力電圧を得ることは困難であった。また、リード線引出しに工夫を要するため、コスト増大を免れなかった。さらに、長期間の信頼性が不十分であった。
【０００９】
また、圧電セラミックス５２において、低インピーダンス部５３については厚み方向に分極処理し、高インピーダンス部５４については長さ方向に沿うように分極処理しなければならないため、分極作業が煩雑であった。さらに、分極方向が異なるため、低インピーダンス部５３と高インピーダンス部５４との接合部分に応力が加わり易いという問題があった。
【００１０】
加えて、上記ローゼン型圧電トランス５１では、低インピーダンス部５３については積層構造を採用することにより、より一層の低インピーダンス化が可能であるが、高インピーダンス部５４については、積層構造を利用して低インピーダンス化を果たすことができない。すなわち、高インピーダンス部５４側の負荷インピーダンスは、実用的な圧電トランス５１の大きさを考慮すると、数十ｋΩ以上となり、より一層の低インピーダンス化が果たせなかった。そのため、圧電トランス５１は、高インピーダンス部５４を出力側として昇圧トランスとして使用した場合は、実用に適した負荷インピーダンスが数十ｋΩ以上となり、より低いインピーダンスでは十分な電力を取り出すことが困難であった。その結果、電流値が小さな高圧電源や冷陰極管などの点灯用トランスなどに、その用途が限定されていた。
【００１１】
上記のような問題を解決するものとして、特開平５−２５１７８２号公報には、図１３に示す圧電トランス６１が開示されている。
圧電トランス６１では、直方体状の圧電体６２に、低インピーダンス部６３と、高インピーダンス部６４とが長さ方向に沿って配置されるように一体に構成されている。低インピーダンス部６３では、圧電体層６２ａ〜６２ｅを介して、複数の電極６５ａ〜６５ｆが厚み方向に重なり合うように形成されている。
【００１２】
圧電体層６２ａ〜６２ｅは、図示の矢印で示すように、隣接する圧電体層が厚み方向において反対方向となるように分極処理されている。
高インピーダンス部６４では、圧電体６２が図示の矢印で示すように厚み方向に一様に分極処理されており、電極６６ａ，６６ｂが圧電体６２の上面及び下面に形成されている。
【００１３】
圧電トランス６１では、低インピーダンス部６３に電圧を印加すると、圧電体６２の長さ方向寸法により決定される長さ方向縦振動が励振される。そして、該長さ方向縦振動に基づき、圧電正効果により高インピーダンス部６４の電極６６ａ，６６ｂ間から高電圧が取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電トランス６１では、低インピーダンス部６３と高インピーダンス部６４とが、圧電体６２の長さ方向に沿うように配置されて一体化されている。従って、圧電体６２の長さ方向寸法をさほど短くすることができず、より高周波帯で使用することが困難であった。
【００１５】
本発明の目的は、小型であり、低出力インピーダンスが求められる電源回路等にも好適に用いることができ、かつより高周波帯で用いることが可能な圧電トランスを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧電体に、入力部または出力部としての低インピーダンス部と、出力部または入力部としての高インピーダンス部とを一体に構成してなる圧電トランスにおいて、前記圧電体は、長さ方向寸法が幅方向寸法よりも長く、長さ方向及び幅方向と直交する方向が厚み方向となる形状を有し、前記低インピーダンス部には、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように、かつ圧電体の幅方向と直交する第１の側面に導出されるように複数の電極が形成されており、前記高インピーダンス部は、圧電体の幅方向において前記低インピーダンス部の前記第１の側面とは反対側に構成されており、前記高インピーダンスには、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように、かつ第１の側面に対向されている第２の側面に導出されるように、低インピーダンス部の電極よりも少ない数の電極が形成されており、低インピーダンス部または高インピーダンス部の電極に接続されるように、第１，第２の側面に、それぞれ、第１，第２の外部電極が形成されており、前記低インピーダンス部及び高インピーダンス部の電極間に挟まれた圧電体層が厚み方向に分極処理されており、長さ方向縦振動モードで動作するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明にかかる圧電トランスにおいて、長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されており、前記第１，第２の側面に形成されている第１，第２の外部電極が第１，第２の側面の長さ方向中央近傍に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明にかかる圧電トランスは、長さ方向縦振動の３次モードで動作するように構成されており、前記第１，第２の側面に形成されている第１，第２の外部電極が、第１，第２の側面において、長さ方向中央近傍の位置、または励振される振動の波長をλとしたときに長さ方向一端からλ／４もしくはその近傍の位置に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明にかかる圧電トランスは、上記請求項１〜３の何れかに記載の圧電トランスにおいて、前記圧電体の第１，第２の側面に長さ方向縦振動モードで動作させた際の振動のノードに対応する少なくとも１つの位置の両側に一対の溝が圧電体の厚み方向に延びるように形成されており、該一対の溝で挟まれた領域に、前記第１または第２の外部電極が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明にかかる圧電トランスの実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の構造例にかかる圧電トランスの斜視図である。圧電トランス１は、直方体状の圧電体２を用いて構成されている。圧電体２は、例えば圧電セラミックスまたは圧電単結晶などの圧電材料により構成し得るが、本実施例では、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスにより構成されており、後述するように一体焼成型の焼結体として構成されている。
【００２２】
圧電体２は直方体状の形状を有する。図１において、圧電体２の上面２ｘの長辺に沿う方向を長さ方向、短辺に沿う方向を幅方向とし、上面及び下面を結ぶ方向を厚み方向とする。
【００２３】
圧電体２には、幅方向に沿って低インピーダンス部３と高インピーダンス部４とが一体に構成されている。低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の構造を、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である図４を参照して説明する。
【００２４】
図４に示すように、低インピーダンス部３においては、圧電体層２ａ〜２ｈを介して複数の電極５ａ〜５ｉが厚み方向に重なり合うように配置されている。電極５ａ，５ｉは圧電体２の上面及び下面に形成されており、電極５ｂ〜５ｈは内部電極として形成されている。もっとも、低インピーダンス部３において厚み方向に重なり合う電極については、その全てが内部電極で構成されていてもよい。
【００２５】
電極５ａ〜５ｉに挟まれている圧電体層２ａ〜２ｈは、図４に矢印で示すように、隣接する圧電体層が厚み方向において反対方向となる方向に分極処理されている。
【００２６】
他方、高インピーダンス部４においては、圧電体層２ｉ〜２ｌを介して複数の電極６ａ〜６ｅが厚み方向に重なり合うように配置されている。高インピーダンス部４においても、圧電体層２ｉ〜２ｌは厚み方向において反対方向に分極処理されている。
【００２７】
図１に戻り、電極５ａ，６ａは何れも、その長さ方向が圧電体２の長さ方向と同様となるように配置された矩形の導電膜により形成されている。図２に略図的分解図で示すように、他の電極５ｂ〜５ｉ，６ｂ〜６ｅについても同様の形状を有する。
【００２８】
さらに、図１〜図３から明らかなように、低インピーダンス部３においては、電極５ａ〜５ｉは、圧電体２の幅方向と直交する第１の側面２ｍに導出されている。他方、高インピーダンス部４においては、電極６ａ〜６ｅは、圧電体２の幅方向と直交する第２の側面２ｎに導出されている。この場合、低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の何れにおいても、厚み方向に重なり合っている電極は厚み方向に沿って交互に異なる位置に引き出されている。例えば、図５から明らかなように、電極５ａ，５ｃ，５ｅ，５ｇ，５ｉと、電極５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈとが異なる位置に引き出されている。図３は、このような電極の引出し位置を示す平面図である。また、図１から明らかなように、電極６ａ〜６ｅにおいても、電極６ａ，６ｃ，６ｅと、電極６ｂ，６ｄとが、第２の側面２ｎにおいて異なる位置に引き出されている。
【００２９】
図６に示すように、第１の側面２ｍには、第１の外部電極７ａ，７ｂが形成されている。外部電極７ａは、電極５ａ，５ｃ，５ｅ，５ｇ，５ｉに、外部電極７ｂは、電極５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈに電気的に接続されるように形成されている。また、第２の側面２ｎには、第２の外部電極８ａ，８ｂが形成されている。外部電極８ａは、電極６ａ，６ｃ，６ｅに接続されるように形成されている。外部電極８ｂは、電極６ｂ，６ｄに電気的に接続されるように形成されている。
【００３０】
圧電トランス１は、上記のように、複数の圧電体層を介して複数の電極を重なり合うように配置することにより、低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４を構成した構造を有する。従って、圧電トランス１は、積層コンデンサの製造方法に慣用されている周知の一体焼成技術を用いて容易に形成することができ、小型化も容易である。すなわち、圧電体２を構成するための圧電性セラミックグリーンシート上に電極５ａ〜５ｉ，６ａ〜６ｅを構成するために、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ合金などを含む導電ペーストを印刷し、該導電ペーストが印刷された複数枚の圧電性セラミックグリーンシートを積層し、得られた積層を加圧した後、焼成することにより得ることができる。
【００３１】
なお、電極５ａ〜５ｉ，６ａ〜６ｅを構成する材料については、電極として機能させ得る導電性材料である限り、特に限定されるものではない。
圧電トランス１では、上記のように低インピーダンス部３が高インピーダンス部４と圧電体２内において一体化されており、しかも、圧電体２の幅方向に沿うように配置されている。すなわち、高インピーダンス部４は、低インピーダンス部３と幅方向において第１の側面２ｍとは反対側に配置されている。
【００３２】
従って、圧電体２の長さ方向寸法を低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の配置等に関係なく設定することができる。よって、小型化を図りつつ、より高周波帯で動作させ得る圧電トランスを得ることができる。
【００３３】
圧電トランス２を動作させるに際しては、例えば、昇圧トランスとして用いる場合には、低インピーダンス部３を入力側とし、高インピーダンス部４を出力側とする。すなわち、第１の外部電極７ａ，７ｂから入力電圧を印加すると、圧電体２の長さ方向寸法により決定される長さ縦振動が圧電逆効果により励振される。従って、高インピーダンス部４においては、圧電正効果により、該長さ縦振動に基づく振動エネルギーが電圧として取り出される。
【００３４】
この場合、出力電圧が低インピーダンス部３と高インピーダンス部４とのインピーダンス比により定められ、高インピーダンス部４のインピーダンスが低インピーダンス部３よりも高いため、高電圧が第２の外部電極８ａ，８ｂから取り出される。
【００３５】
逆に、降圧トランスとして使用する場合は、高インピーダンス部４を入力側とし、低インピーダンス部３を出力側として用いればよい。
本実施例の圧電トランス１では、上記のような構造を有するため、低インピーダンス部３及び高インピーダンス部４の何れにおいても、積層する電極の数や長さ方向寸法を調整することにより、それぞれのインピーダンス値を容易にかつ高精度に制御することができる。
【００３６】
なお、高インピーダンス部４においては、複数の電極６ａ〜６ｅが積層されていたが、より少ない数の電極が積層されていてもよく、かつ内部電極を有せずに圧電体２の上面及び下面にのみ電極を形成してもよく、それによって、高インピーダンス部４のインピーダンス値をより大きくすることができる。
【００３７】
上記圧電トランス１は、長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されている。従って、外部電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、第１，第２の側面２ｍ，２ｎにおいて長さ方向中央近傍に形成されている。これを、図７を参照して説明する。
【００３８】
図７は、圧電トランス１の低インピーダンス部３に電圧を印加して長さ方向縦振動の１次モードで励振した場合を説明するための略図的平面図であり、ここでは、高インピーダンス部４の電極の図示は省略してある。長さ方向縦振動の１次モードでは、図７に圧電体２の下方に示す曲線Ｃで示すように圧電体２が変位する。なお、曲線Ｃは、圧電体２の長さ方向の変位状態を略図的に示す曲線である。
【００３９】
長さ方向縦振動の１次モードで圧電体２を振動させた場合、図７の曲線Ｃで示す振動姿態と、曲線Ｄで示す振動姿態とを繰り返すように圧電体２が振動する。従って、この長さ方向縦振動の１次モードでは、長さ方向寸法の中点である中心Ｏが振動のノードとなる。そこで、前述したように、第１，第２の外部電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが、第１，第２の側面２ｍ，２ｎの長さ方向中心近傍に形成されている。
【００４０】
変形例
上記構造例では、長さ方向縦振動の１次モードを用いるため、外部電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが第１，第２の側面２ｍ，２ｎの長さ方向中心近傍に形成されていた。これに対して、本発明にかかる圧電トランスは、長さ方向縦振動の３次モードで動作するように構成されてもよい。図８に略図的平面図で示すように、低インピーダンス部３を長さ方向縦振動の３次モード振動させた場合、図８の下方に示す曲線Ｅで示すように圧電体２が振動する。
【００４１】
曲線Ｅは、圧電体２の長さ方向の振動姿態を示し、従って、振動のノードは、図８の曲線Ｅ上に示す、点Ｏ1 〜Ｏ3 に表れることになる。点Ｏ1 は長さ方向中心であり、点Ｏ2 ，Ｏ3 は、それぞれ、圧電体２の長さ方向端部から長さ方向内側にλ／４の位置にある。なお、λは、励振される振動の波長である。
【００４２】
よって、長さ方向縦振動の３次モードを利用する場合には、外部電極は、圧電体２の第１，第２の側面２ｍ，２ｎの長さ方向中央近傍と、圧電体２の長さ方向一端から内側にλ／４の位置近傍に形成すればよい。よって、図８に示すように、低インピーダンス部３においては、電極５ａは、圧電体２の長さ方向一端２ｏからλ／４離れた位置に導出されており、その位置に外部電極７ａが形成されている。
【００４３】
なお、図８に破線Ｆ，Ｇで示すように、第１の側面２ｍの長さ方向中央または他端からλ／４離れた位置に電極５ａを導出し、外部電極を形成してもよい。また、外部電極５ａとは異なる電位に接続される電極、例えば電極５ｂ（図４参照）については、電極５ａと異なる位置に引き出される必要があるため、上記破線Ｆ，Ｇで示した位置に導出し、外部電極と電気的に接続すればよい。
【００４４】
低インピーダンス部３についてのみ説明したが、長さ方向縦振動の３次モードにおける振動のノードが上述した位置に表れるため、高インピーダンス部４についても、電極の引出し位置及び外部電極形成位置は、第２の側面２ｎの長さ方向中央近傍及び長さ方向端部から内側にλ／４の位置近傍とすればよい。
【００４５】
上記のように、長さ方向縦振動の３次モードを利用した場合には、外部電極形成位置を、第１，第２の側面２ｍ，２ｎにおいて、長さ方向中央近傍と、長さ方向端部から内側にλ／４の位置近傍とすることにより、外部との接続構造による振動のダンピング等を生じることなく、所望通りの高電圧を圧電トランスから取り出すことができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明にかかる実施例
図９〜図１１は、請求項４に記載の発明にかかる圧電トランスについての例を説明するための図である。
【００４７】
図９に示すように、圧電トランス１１は、圧電体２の第１，第２の側面２ｍ，２ｎに一対の溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがそれぞれ形成されていることを除いては、図１に示した圧電トランス１と同様に構成されている。従って、圧電トランス２の内部構造については、図１に示した圧電トランス１の説明を援用することにより省略する。
【００４８】
溝１２ａ，１２ｂは、側面２ｍの長さ方向中央を挟んだ両側において、圧電体２の厚み方向に延びるように形成されている。すなわち、圧電トランス１１は、圧電トランス１と同様に長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されているため、側面２ｍ上に形成された第１の外部電極７ａ，７ｂは、側面２ｍの長さ方向中央近傍に形成されている。
【００４９】
上記溝１２ａ，１２ｂは、第１の外部電極７ａ，７ｂの両側に配置されており、言い換えれば、溝１２ａ，１２ｂは振動のノードに対応する位置の両側に形成されており、かつ該溝１２ａ，１２ｂに挟まれた領域に第１の外部電極７ａ，７ｂが形成されている。
【００５０】
同様に、第２の側面２ｎにおいても、一対の溝１２ｃ，１２ｄが圧電体２の振動のノードに対応する位置の両側において、圧電体２の厚み方向に延びるように形成されており、かつ溝１２ｃ，１２ｄ間の領域に第２の外部電極８ａ，８ｂが形成されている（図１０参照）。
【００５１】
溝１２ａ〜１２ｄの形成により、圧電トランス１１では、長さ方向縦振動の１次モードで励振した場合、外部電極７ａ〜８ｂへの振動の伝搬が効果的に抑制される。すなわち、外部電極７ａ〜８ｄは振動のノード近傍に形成されているため、リード線などによって接続した場合でも接続構造によって振動が阻害され難いが、本構造例では、上記溝１２ａ〜１２ｄの形成により振動の伝搬がより、効果的に抑制され、より効率の良い構成が可能とされている。
【００５２】
また、図１１は、長さ方向縦振動の３次モードを利用した圧電トランスにおいて、側面に溝を形成した変形例を示す平面図である。ここでは、圧電トランス２１において、高さ方向縦振動の３次モードで動作させた場合の振動のノードの両側に溝２２ａ〜２２ｄ，２２ｅ〜２２ｈが形成されており、一対の溝で挟まれた領域において外部電極が形成されている。
【００５３】
すなわち、第１の側面２ｍにおいては、長さ方向中央両側に溝２２ａ，２２ｂが形成されており、溝２２ａ，２２ｂ間に外部電極７ａが形成されている。また、圧電体２の長さ方向一端から長さ方向内側にλ／４離れた位置の片側に溝２２ｃが配置されており、反対側に溝２２ｄが形成されている。従って、溝２２ｃ，２２ｄ間の領域に、外部電極７ｂが形成されている。
【００５４】
同様に、高インピーダンス部４においても、第２の側面２ｎの長さ方向中央を挟んだ両側に溝２２ｅ，２２ｆが形成されており、溝２２ｅ，２２ｆ間に外部電極８ａが形成されている。また、圧電体２の長さ方向一端から内側にλ／４離れた位置の片側には溝２２ｇが配置されており、反対側に溝２２ｈが形成されている。従って、溝２２ｇ，２２ｈ間の領域に、外部電極８ｂが形成されている。
【００５５】
図１１から明らかなように、長さ方向縦振動の３次モードを用いた圧電トランス２１においても、振動ノードとなる位置の両側に一対の溝を形成し、該溝間の領域に外部電極を形成することにより、より高効率な伝送ができる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にかかる圧電トランスでは、圧電体に低インピーダンス部及び高インピーダンス部が圧電体の幅方向に沿うように配置されて一体化されている。従って、低インピーダンス部及び高インピーダンス部の長さ方向寸法を、一対のインピーダンス部を配置する構造による制約を受けることなく、目的とする周波数帯に応じて決定することができる。従って、より高い周波数で使用し得る圧電トランスを得ることができる。
【００５７】
加えて、高インピーダンス部及び低インピーダンス部のインピーダンス値については、圧電体層を介して重なり合う電極の幅方向寸法及び積層数を調整することにより容易に制御することができる。さらに、高インピーダンス部についても、複数の電極を厚み方向に重なり合うように配置した構造を有するため、高インピーダンス部のインピーダンスを広範囲に設定し得る。従って、高インピーダンス部側の負荷インピーダンスを数十ｋΩ以下とすることができ、電流値の大きな用途にも適した圧電トランスを容易に提供することができる。
【００５８】
さらに、低インピーダンス部及び高インピーダンスの何れにおいても、圧電体を厚み方向に分極すればよいだけであるため、分極作業も容易に行い得る。
よって、圧電トランスの利点である小型化を妨げることなく、従来の圧電トランスに比べて広範な用途に用い得る圧電トランスを提供することができる。
【００５９】
請求項２に記載の発明では、長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されており、しかも、第１，第２の外部電極が第１，第２の側面の長さ方向中央近傍に形成されているため、長さ方向縦振動の１次モードで動作させた場合、外部電極と外部との接続構造によって振動が阻害され難い。よって、長さ方向縦振動の１次モードを利用して高効率を得ることができ、１次モードであるため、最も小型化が可能である。
【００６０】
同様に、請求項３に記載の発明においても、同様に、第１，第２の外部電極が長さ方向縦振動の３次モードで動作させた場合の振動のノード近傍に配置されているため、同様に、長さ方向縦振動の３次モードを利用して高い出力電圧を取り出すことができる。
【００６１】
請求項４に記載の発明では、圧電体の第１，第２の側面に、振動のノードに対応する位置の両側に一対の溝が圧電体の厚み方向に延びるように形成されており、該一対の溝で挟まれた領域に外部電極が形成されているので、外部電極形成位置への振動の伝搬を抑制することができ、それによってより一層高い出力電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる圧電トランスを示す斜視図。
【図２】図１に示した圧電トランスの電極構造を説明するための模式的分解斜視図。
【図３】図１に示した圧電トランスの平面図。
【図４】図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図。
【図５】図１に示した圧電トランス１の第１の側面２ｍ側から見た側面図（外部電極形成前）。
【図６】図１に示した圧電トランス１の第２の側面２ｍ側から見た側面図（外部電極形成後）。
【図７】圧電トランス１を長さ方向振動の１次モードで動作させた場合の振動のノード説明するための模式的平面図。
【図８】本発明にかかる圧電トランスを長さ方向縦振動の３次モードで励振させた場合の振動のノード説明するための模式的側面図。
【図９】本発明の第２の実施例にかかる圧電トランスを説明するための斜視図。
【図１０】図９に示した圧電トランスの平面図。
【図１１】長さ方向縦振動の３次モードを利用した圧電トランスにおいて溝を形成した構造を説明するための平面図。
【図１２】従来のローゼン型圧電トランスを説明するための斜視図。
【図１３】従来の圧電トランスを示す斜視図。
【符号の説明】
１…圧電トランス
２…圧電体
２ａ〜２ｌ…圧電体層
２ｍ…第１の側面
２ｎ…第２の側面
５ａ〜５ｉ，６ａ〜６ｅ…電極
７ａ，７ｂ…第１の外部電極
８ａ，８ｂ…第２の外部電極
１１…圧電トランス
１２ａ〜１２ｄ…溝
２１…圧電トランス
２２ａ〜２２ｈ…溝
Claims (4)
- 圧電体に、入力部または出力部としての低インピーダンス部と、出力部または入力部としての高インピーダンス部とを一体に構成してなる圧電トランスにおいて、
前記圧電体は、長さ方向寸法が幅方向寸法よりも長く、長さ方向及び幅方向と直交する方向が厚み方向となる形状を有し、
前記低インピーダンス部には、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように、かつ圧電体の幅方向と直交する第１の側面に導出されるように複数の電極が形成されており、
前記高インピーダンス部は、圧電体の幅方向において前記低インピーダンス部の前記第１の側面とは反対側に構成されており、
前記高インピーダンス部には、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように、かつ圧電体の第１の側面に対向されている第２の側面に導出されるように、低インピーダンス部の電極よりも少ない数の電極が形成されており、
低インピーダンス部または高インピーダンス部の電極に接続されるように、第１，第２の側面に、それぞれ、第１，第２の外部電極が形成されており、
前記低インピーダンス部及び高インピーダンス部の電極間に挟まれた圧電体層が厚み方向に分極処理されており、長さ方向縦振動モードで動作するように構成されていることを特徴とする、圧電トランス - 長さ方向縦振動の１次モードで動作するように構成されており、前記第１，第２の側面に形成されている第１，第２の外部電極が第１，第２の側面の長さ方向中央近傍に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランス。
- 長さ方向縦振動の３次モードで動作するように構成されており、前記第１，第２の側面に形成されている第１，第２の外部電極が、第１，第２の側面において、長さ方向中央近傍の位置、または励振される振動の波長をλとしたときに、長さ方向一端からλ／４もしくはその近傍の位置に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランス。
- 前記圧電体の第１，第２の側面に長さ方向縦振動モードで動作させた際の振動のノードに対応する少なくとも１つの位置の両側に一対の溝が圧電体の厚み方向に延びるように形成されており、該一対の溝で挟まれた領域に、前記第１または第２の外部電極が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の圧電トランス。
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| JP33121896A JP3849190B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 圧電トランス |
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